鍍銅膨脹石墨的制備

李長青， 王樹成， 周玉鋒

（黑龍江科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱150022）

鍍銅膨脹石墨的制備

李長青， 王樹成， 周玉鋒

（黑龍江科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱150022）

為改善銅與石墨的表面性能，采用化學(xué)鍍銅工藝對(duì)膨脹石墨粉體進(jìn)行表面鍍覆，制備鍍銅膨脹石墨，并利用TG-DTA、XRD、SEM分析方法對(duì)其進(jìn)行表征。結(jié)果表明：在400～600℃范圍內(nèi)，鍍銅膨脹石墨因膨脹石墨及鍍銅層的氧化而增重，600℃后膨脹石墨燒蝕嚴(yán)重；鍍銅膨脹石墨有明顯的Cu衍射峰；銅顆粒均勻鍍覆在膨脹石墨表面。該研究為膨脹石墨改性提供了借鑒。

膨脹石墨；化學(xué)鍍；銅；表面鍍覆

膨脹石墨具有柔軟、輕質(zhì)、導(dǎo)電性好、抗腐蝕、成本低等特點(diǎn)，可與磁性金屬復(fù)合［1-3］，因此，在電磁損耗型復(fù)合吸波材料、電磁屏蔽領(lǐng)域的復(fù)合磁性材料方面有著廣闊的應(yīng)用前景［4-7］。任強(qiáng)富等［5-8］在膨脹石墨表面進(jìn)行化學(xué)鍍鎳、鍍銀及鍍銅，改變了膨脹石墨的表面性能。目前，對(duì)于膨脹石墨化學(xué)鍍銅的研究報(bào)道較少，因此，筆者采用化學(xué)鍍銅工藝對(duì)膨脹石墨粉體進(jìn)行表面鍍覆，以改善其表面性能。

1　實(shí) 驗(yàn)

1.1材料制備

1.1.1膨脹石墨制備

（1）石墨預(yù)處理 將天然鱗片石墨超聲水洗后，經(jīng)100℃烘干后酸化。

（2）可膨脹石墨制備 將預(yù)處理的石墨（10 g）置入濃硫酸（30 mL）燒杯中，用玻璃棒攪拌均勻，加入高錳酸鉀（1 g）再次攪拌均勻。然后將其在60℃水浴箱中加熱攪拌30 min。加入蒸餾水水洗，水洗至pH為5～7，脫水后在60～70℃烘干箱中干燥24 h。

（3）膨脹石墨制備 將制得可膨脹石墨在高溫爐中進(jìn)行膨脹化處理，經(jīng)瞬間膨脹后便形成膨脹石墨，膨脹溫度控制在900℃左右。

1.1.2膨脹石墨鍍銅

（1）鍍液制備 將無水CuSO4充分?jǐn)嚢柚频?0 g/L的硫酸銅溶液，取H2SO4溶液調(diào)節(jié)pH值在2～3之間。

（2）膨脹石墨鍍銅 將0.5 g膨脹石墨倒入100 mL鍍液中，利用攪拌器充分?jǐn)嚢瑁賹⑷芤杭訜嶂?0℃，然后緩慢加入Zn（約0.8 g）粉直至無水硫酸銅溶液顏色完全褪去，金屬鋅粉與硫酸銅反應(yīng)生成的金屬銅包覆在膨脹石墨表面，過濾得到鍍銅膨脹石墨。

（3）鍍銅膨脹石墨處理 首先過濾鍍銅膨脹石墨，然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的苯丙三氮唑（C6H5N3）酒精溶液以防止其氧化，鈍化時(shí)間約為30 min，過濾后將鍍銅膨脹石墨置入真空烘干箱中于45℃溫度下烘干。

1.2表征方法

為了分析鍍銅膨脹石墨粉體的物相變化特征，采用Netzsch STA 449 C型差熱分析儀（TG-DTA）對(duì)其進(jìn)行差熱熱重分析，升溫速率為5℃/min，參考粉體為氧化鋁粉。

為了檢測粗化石墨粉和鍍銅膨脹石墨粉物相，采用Bruker D8 Advance型X射線衍射儀（XRD）進(jìn)行表征，Cu-K a1輻射管電壓為40 kV。

為了觀察膨脹石墨及鍍銅膨脹石墨的微觀形貌，采用Quanta 200FEG掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行表征，工作電壓為0～30 kV，分辨率為1.5 nm。

2　結(jié)果與分析

2.1表面形貌表征

2.1.1宏觀形貌

鱗片石墨原料（圖1）經(jīng)過預(yù)處理、氧化、水洗、干燥過程后，在馬弗爐900℃高溫下瞬間膨脹得到膨脹石墨，其宏觀形貌如圖2所示。經(jīng)測定，制得膨脹石墨的膨脹率為240 m L/g。

圖1　天然鱗片石墨Fig.1 Raw flaked graphite

圖2　膨脹石墨Fig.2 Expanded graphite

將制得的膨脹石墨與無水硫酸銅溶液充分?jǐn)嚢杌旌希尤脘\粉，過濾、鈍化、干燥后得到鍍銅膨脹石墨。圖3為鍍銅膨脹石墨宏觀形貌。對(duì)比圖1～3可以看出，鍍銅膨脹石墨的形貌上增添了Cu金屬色澤。

圖3　鍍銅膨脹石墨Fig.3 Copper coated expanded graphite

2.1.2微觀形貌

膨脹石墨與鍍銅膨脹石墨的SEM形貌如圖4所示。由圖4a可以看出，膨脹石墨顆粒經(jīng)過鈍化處理后，其表面呈現(xiàn)刻蝕溝槽或凹坑，增大了接觸面積和表面的粗糙度，為提高膨脹石墨與銅鍍覆層之間的結(jié)合力提供了條件。從圖4b可以看出，銅粉均勻鍍覆在膨脹石墨表面。

圖4　膨脹石墨與鍍銅膨脹石墨的SEM照片F(xiàn)ig.4 SEM morphology of expanded graphite and copper coated expanded graphite

2.2DTA-TG分析

對(duì)鍍銅膨脹石墨進(jìn)行DTA-TG分析，結(jié)果如圖5所示。由圖5可見，溫度為400～600℃時(shí)，鍍銅膨脹石墨由于膨脹石墨及鍍銅層的氧化而增重，600℃后，由于強(qiáng)烈的氧化燒蝕使得重量迅速降低，在此之后銅的氧化以及殘余石墨氧化均為放熱反應(yīng)，因此，放熱峰顯著。

圖5　鍍銅膨脹石墨DTA-TG曲線Fig.5 DTA-TG cu rves of copper coated expanded graphite

2.3物相分析

圖6為膨脹石墨及鍍銅膨脹石墨XRD衍射圖譜。由圖6可以看出膨脹石墨特有的衍射峰，但未出現(xiàn)其他物相的衍射峰，說明膨脹石墨不含其他物相。從圖6還可以看出，化學(xué)鍍銅后的膨脹石墨在膨脹石墨特有的衍射峰基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了物相Cu的衍射峰，說明晶態(tài)銅粉在膨脹石墨表面出現(xiàn)。

圖6　膨脹石墨XRD衍射圖譜Fig.6 XRD paterns of expanded graphite

3　結(jié) 論

（1）利用濃硫酸和高錳酸鉀將石墨氧化制得膨脹率較好的膨脹石墨，再利用無水硫酸銅和鋅粉反應(yīng)制得銅（無水硫酸銅過量），還原的單質(zhì)銅粉粘附在膨脹石墨表面上，即得鍍銅膨脹石墨。

（2）在400～600℃范圍內(nèi)，鍍銅膨脹石墨因膨脹石墨及鍍銅層的氧化而增重，600℃后膨脹石墨燒蝕嚴(yán)重。

（3）化學(xué)鍍銅后的膨脹石墨出現(xiàn)了物相Cu的衍射峰，銅顆粒均勻鍍覆在膨脹石墨表面。

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（編輯荀海鑫）

Study on manufacture of copper coated expanded graphite

LIChangqing， WANG Shucheng， ZHOU Yufeng
（School of Materials Science&Engineering，Heilongjiang University of Science&Technology，Harbin 150022，China）

This paper is devoted to improving surface technical property of copper and graphite.The improvement involves treating expanded powder graphite with surface coating using electroless copper plating process，preparing the copper coated expanded graphites and characterizing them by TG-DTA，XRD，SEM method.The results show that in the temperature range of400～600，copper coated expanded graphite tends to gain weight due to the oxidation of expanded graphite and copper plating layer；the temperature higher than 600 gives expanded graphite a serious ablation；copper coated expanded graphite copper exhibits a prominent XRD peak；expanded graphite is covered uniformly with copper particles. This research provides a reference for investigation of expanded graphite.

expanded graphite；electroless plating；Cu；surface-coated

10.3969/j.issn.2095-7262.2014.05.013

TQ127.1；TQ 153.1

2095-7262（2014）05-0500-03

A

2014-08-25

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（12531586）

李長青（1973-），男，黑龍江省雞西人，副教授，博士，研究方向：陶瓷及石墨復(fù)合材料，E-mail：llchangqing@163.com。