【摘 要】
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铜因优良的导电和导热性能被广泛应用于电子电气领域,但较差的强度和耐磨性限制铜基材料的进一步应用。石墨烯由于特殊的二维结构而表现出优异的导电、导热以及机械性能,有望增强铜基体材料的强度和耐磨性,同时保证导电性能和导热性能不受影响。因此,铜基石墨烯复合材料的研究具有重要的理论意义和应用价值。本文利用CO2激光在聚酰亚胺（PI）薄膜上快速制备具有三维网状多孔结构的激光诱导石墨烯（laser-induce
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铜因优良的导电和导热性能被广泛应用于电子电气领域,但较差的强度和耐磨性限制铜基材料的进一步应用。石墨烯由于特殊的二维结构而表现出优异的导电、导热以及机械性能,有望增强铜基体材料的强度和耐磨性,同时保证导电性能和导热性能不受影响。因此,铜基石墨烯复合材料的研究具有重要的理论意义和应用价值。本文利用CO2激光在聚酰亚胺（PI）薄膜上快速制备具有三维网状多孔结构的激光诱导石墨烯（laser-induced graphene,LIG）,然后采用脉冲电沉积工艺在LIG框架上沉积铜构建铜基体,制备出铜基石墨烯复合材料（Cu/LIG复合材料）前驱体,最后通过等离子放电烧结（SPS）工艺提高Cu/LIG复合材料的致密度。主要内容如下:在激光诱导制备三维网状结构石墨烯的研究中,对不同功率下的LIG进行拉曼光谱和接触角表征发现:当激光功率为6 W时,LIG具有优异的质量和亲水性,适用于电化学沉积工艺。在LIG脉冲电沉积铜的研究中,首先,根据阴极极化曲线得出最优的电化学沉积液成分配比,成功加强了LIG的润湿性;其次,对比研究了恒电压、恒电流及脉冲电流条件下铜对LIG的填充效果,发现脉冲电流有利于消除浓差极化而获得最佳的填充效果;最后,研究了不同脉冲导通时间(Ton)对沉积效果的影响发现:随着Ton的增大,铜颗粒对LIG填充效果逐渐增强然后减弱,当Ton=100 ms时,LIG分散均匀并且结构保持完整,与铜晶粒形成紧密的机械互锁结构。经烧结工艺后,Cu/LIG复合材料的屈服强度和抗拉强度相比纯铜分别提高了68.2%（247 MPa）和104.1%（375 MPa）,断面延伸率保持在12.3%;此外,复合材料的摩擦系数达到0.18（纯铜0.6）,磨损率低至3.84×10-5 mm3/（N.m）,展现出优异的耐磨性能;同时,材料的热导率和电导率分别能达到392 W/（m·K）和91.6%ICAS,均保持在纯铜的97%以上。综上,本文结合激光诱导、脉冲电沉积以及SPS烧结工艺成功制备出机械性能和耐磨性能优异的石墨烯增强铜基复合材料,同时保证了复合材料良好的导热导电性能,并且有望被应用于电接触材料中。
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