【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及金屬基復合材料制備，尤其涉及一種基于微波燒結的碳量子點增強型銅基復合材料的制備方法。
技術介紹
1、銅基復合材料是以陶瓷為增強材料，銅或銅合金作為基體材料通過冷等靜壓-微波燒結制備而出的。由于銅基復合材料具有較高的比剛度和比強度、優良的高溫性能及抗磨性、抗腐蝕性強，近年來得到了全世界材料領域專家深入的研究，并且在航空航天、船舶制造、汽車制造、生物醫療等領域具有廣泛的應用性。
2、碳量子點因為高的強度和楊氏模量、高的導電和導熱性能而被廣泛關注，是銅基復合材料的理想增強相。然而，目前關于碳量子點/銅基復合材料的研究普遍存在兩個問題。一方面是傳統的粉末冶金制備方法所存在的燒結過程繁瑣，環境污染大等弊端，另一方面是目前關于碳量子點/銅基復合材料的研究大部分只注重單一性能的提升，很少實現碳量子點/銅基復合材料中強度、塑性與導電性的平衡。
3、因此，有必要提供一種新的基于微波燒結的碳量子點增強型銅基復合材料的制備方法解決上述技術問題。
技術實現思路
1、本專利技術是針對銅基復合材料抗拉強度和導電性難以同步提升，以及傳統的粉末冶金制備方法所存在的燒結過程繁瑣，環境污染大等弊端，探索出更適合當今背景下的新型制備方法。采用本專利技術的技術方案可以顯著增強銅基復合材料的力學性能和導電性能，同時以農業廢棄物作為原材料制備生物質碳量子點，實現了資源化利用，完全符合可持續發展理念。
2、本專利技術提供的基于微波燒結的碳量子點增強型銅基復合材料的制備方法包括以
3、步驟s2、配料：將步驟s1中得到的碳量子點和銅粉按照一定的質量比進行配料，銅粉的粒徑為15～130μm，配料時，碳量子點與銅粉的質量百分比為：0.5～2.35％：97.65～99.5％；本專利技術通過對碳量子點的添加量進行優化設計，輔以微波處理工藝，可以有效保證制備所得銅基復合材料的力學性能，申請人經多次實驗發現，碳量子點的加入量比較關鍵，加入過多的碳量子點不僅性能提升不顯著，還會大幅降低復合材料的塑性，而過少的碳量子點起到的增強效果不明顯，且吸收微波的能力較差，最終導致燒結時間延長。經研究發現，控制本專利技術的碳量子點加入量，輔以本專利技術微波處理工藝，保證增強相含量在1.7％左右時，增強效果最好。
4、步驟s3、混合：將步驟s2中配好的原料按照一定的球料比稱量不銹鋼球，在球磨罐中加入適量酒精進行混合；步驟s4、球磨：將步驟s3中混合好的粉末進行球磨；步驟s3中，球料比為3～5∶1。步驟s4中，球磨轉速為150～250r/min，球磨時間為6～20h；通過對球磨轉速和球磨時間的調整，能夠在不破壞銅粉粉末的前提下，將碳量子點粘附到銅粉表面，在燒結時碳量子點在晶界處限制了銅基材料晶粒的長大，對復合材料產生細晶強化作用，大大提高了材料的力學性能
5、步驟s5、干燥：將步驟s4中球磨好的粉末在真空干燥箱中進行干燥；
6、步驟s6、壓樣：將步驟s5中干燥好的混合粉末通過冷等靜壓設備進行壓樣；
7、步驟s7、微波燒結：將步驟s6中冷壓好的坯體進行微波燒結，燒結時使用sic作為輔熱材料，將混合粉末的坯體包圍，燒結完成后進行隨爐冷卻，取出樣品后室溫下冷卻，即得到銅基復合材料。
8、優選的，步驟s1中原材料采用農業廢棄物作為原材料，可使用秸稈、麥稈等，將農業廢棄物破碎研磨至100目左右再溶于20～50ml去離子水中進行超聲混合均勻。本專利技術通過水熱法可以批量制備出高質量生物質碳量子點，不僅可以作為碳源添加入銅粉粉末中制成力學性能優異的銅基復合材料，還有效解決了農業廢棄物處理難的問題，建立了一個簡單、廉價、有效的治理回收體系。。
9、優選的，步驟s5中，干燥溫度為60～75℃，干燥時間為10～24h。
10、優選的，步驟s6中，冷等靜壓壓力為280～350mpa，保壓時間為2～8min。
11、優選的，步驟s7中，微波功率為500～1000w，燒結時間為10～50min，隨爐冷卻2～3min。
12、需要說明的是，添加本專利技術的碳量子點后進行微波燒結時，由于碳量子點優異的吸波性能，還能夠有效彌補了金屬粉末吸波性能差的缺陷，在燒結時既可以當做增強相，又起到了吸收微波輻射來加熱的作用。同時由于本專利技術中的生物質碳量子點的尺寸極小(10nm以下)，擁有比傳統碳源更大的比表面積，其吸收微波的能力更強，縮短了燒結時間。同時，為了進一步提高微波燒結效率，本專利技術中使用吸波性能優異的sic作為輔熱材料，將混合粉末的塊體包圍，從而進一步縮短了燒結時間，保證了材料的力學性能。此外，更優化的，得益于微波獨特的非熱效應，加入碳量子點后生成的增強相更加細小，且其與基體的界面結合強度更高，可以承擔更大的載荷，大幅提高了材料的力學性能。
13、而現有技術中采用傳統燒結方法制備出的銅基復合材料，其抗拉強度通常在180mpa左右，電導率為55％iacs；而本專利技術中利用微波燒結技術，通過添加生物質碳量子點，由于碳量子點作為增強相具有諸多優勢，例如晶粒尺寸小，承載能力強等因素，同時，還通過對碳量子點的添加量及燒結工藝參數進行控制，制備得到的銅基復合材料產品，其抗拉強度最高可以達到421mpa，電導率最高可達95.6％iacs，較傳統方法和碳源制備的銅基復合材料而言，其抗拉強度和電導率分別提升了134％和73.8％。
14、相比于現有技術，本專利技術的有益效果為：
15、(1)本專利技術的一種基于微波燒結的碳量子點增強型銅基復合材料的制備方法，一方面，提供了一種新的碳源，以農業廢棄物(如秸稈、麥稈等)作為原材料，通過水熱法批量制備出高質量生物質碳量子點，解決了農業廢棄物處理難的問題，建立了一個簡單、廉價、有效的治理回收體系，真正實現了固廢利用的發展理念；另一方面，采用制備得到的生物質碳量子點作為碳源，結合冷等靜壓-微波燒結技術，原位生成增強相，顯著增強基體材料的力學性能。
16、(2)本專利技術的一種基于微波燒結的碳量子點增強型銅基復合材料的制備方法，微波燒結具有許多優點：加熱速度快，操作簡單、能源消耗低、沒有污染，是一種快速、經濟、環保的燒結方法，同傳統的燒結方式相比，其全加熱、低溫快速燒成、無加熱慣性及選擇加熱的特性占據很大的優勢。微波燒結主要是微波滲透到材料內部產生輻射使材料發生介質損耗而升溫，可獲得均勻細晶顯微結構、更良好的延展性和韌性、具有優秀的觀性質的均勻微粒組織，顯著提本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于微波燒結的碳量子點增強型銅基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于微波燒結的碳量子點增強型銅基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S1中原材料采用農業廢棄物作為原材料，可使用秸稈、麥稈等，將農業廢棄物破碎研磨至100目左右再溶于20～50ml去離子水中進行超聲混合均勻。
3.根據權利要求1所述的基于微波燒結的碳量子點增強型銅基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S2中所述銅粉的粒徑為15～130μm。
4.根據權利要求1所述的基于微波燒結的碳量子點增強型銅基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S3中，球料比為3～5∶1。
5.根據權利要求1所述的基于微波燒結的碳量子點增強型銅基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S4中，球磨轉速為150～250r/min，球磨時間為6～20h。
6.根據權利要求1所述的基于微波燒結的碳量子點增強型銅基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S5中，干燥溫度為60～75℃，干燥時間為10～24h。
7.根據權利要求1所述的基于微波燒
8.根據權利要求1所述的基于微波燒結的碳量子點增強型銅基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S7中，微波功率為500～1000W，燒結時間為10～50min，隨爐冷卻2～3min。
...【技術特征摘要】
1.一種基于微波燒結的碳量子點增強型銅基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于微波燒結的碳量子點增強型銅基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中原材料采用農業廢棄物作為原材料，可使用秸稈、麥稈等，將農業廢棄物破碎研磨至100目左右再溶于20～50ml去離子水中進行超聲混合均勻。
3.根據權利要求1所述的基于微波燒結的碳量子點增強型銅基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中所述銅粉的粒徑為15～130μm。
4.根據權利要求1所述的基于微波燒結的碳量子點增強型銅基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中，球料比為3～5∶1。
5.根據權利要求1所述的基于微波...
【專利技術屬性】
技術研發人員：雷鷹，宋光遠，李雨，王東生，雍超，葉帆，
申請(專利權)人：銅陵學院，
類型：發明
國別省市：
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