RU2714151C1 - Способ нанесения графенового покрытия на металлические порошки - Google Patents
Способ нанесения графенового покрытия на металлические порошки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2714151C1 RU2714151C1 RU2019118781A RU2019118781A RU2714151C1 RU 2714151 C1 RU2714151 C1 RU 2714151C1 RU 2019118781 A RU2019118781 A RU 2019118781A RU 2019118781 A RU2019118781 A RU 2019118781A RU 2714151 C1 RU2714151 C1 RU 2714151C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- metal powders
- graphene
- temperature
- powders
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 133
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 77
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 77
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 73
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 63
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- -1 carbon cations Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 150000004674 formic acids Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 9
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 abstract description 3
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 19
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 11
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 6
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 5
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 5
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 5
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000010908 decantation Methods 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000003251 chemically resistant material Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/16—Metallic particles coated with a non-metal
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу нанесения нанодисперсного двухмерного углеродного материала графена на частицы металлических порошков. Металлический порошок смешивают с углеродосодержащим компонентом в виде жидкой среды, выбранной из группы кислот: угольной, углекислой, уксусной, муравьиной, либо из группы водорастворимых солей: угольной, углекислой, уксусной, муравьиной кислот, либо из группы химических соединений, содержащих катионы углерода: CCl4, C8H10, C2H4Cl3. Перемешивание проводят при температуре жидкой среды, соответствующей температуре разложения углеродосодержащего компонента с обеспечением выделения углерода и осаждения его на металлических порошках в виде графенового слоя. Обеспечивается получение сплошного равномерного с изотропными свойствами покрытия в один этап при низких температурах. 4 з.п. ф-лы, 5 пр.
Description
Изобретение относится к способу нанесения нанодисперсного двухмерного углеродного материала на частицы металлических порошков.
В качестве нанодисперсного двухмерного углеродного материала в композиционных материалах используется графен, представляющий собой атомы углерода, плотно упакованные в двухмерную решетку. Композиционные материалы, содержащие графен, сочетают в себе отличные свойства, такие как высокая удельная прочность, удельный модуль упругости, хорошую стойкость к окислению, жаропрочность и т.п. Эти превосходные свойства делают их идеальными для применения в качестве компонентов конструкционных материалов.
В тоже время графен, представляющий собой слой углерода толщиной в атом, способен придавать материалам повышенную электропроводность, теплопроводность при сохранении других свойств.
Композиционные материалы, как правило, представляют собой металлическую основу, в качестве которой используются металлические порошки одного или более металлов или сплавов металлов, содержащие наполнители, в данном случае - графен. Операция смешивания порошков при изготовлении композиционных материалов является одной из важнейших, так как равномерность распределения всех компонентов материала оказывает важное влияние на качество готовой продукции. Металлические частицы порошка, также как и частицы наполнителя, могут иметь различную форму, размеры и свойства. Однако, большое различие свойств между графеновыми и металлическими порошками существенно затрудняют сочетать эти материалы так, чтобы получить из них однородную смесь. Конечной задачей смешивания является получение однородной смеси, в которой частицы различных компонентов были бы равномерно распределены во всем объеме.
Наиболее перспективным решением этого вопроса является введение графена в состав композиционных материалов в виде покрытия на частицах металлических порошков. Из покрытых графеном металлических порошков изготавливают композиционные материалы, которые могут служить готовым изделием либо заготовкой для последующего формирования из нее изделия.
Известен способ получения композиционных материалов ультразвуковым смешиванием с одновременным измельчением металлических порошков с графеном в растворе спирта. Из полученных порошков изготавливают изделия процессом уплотнения с последующим горячим прессованием (US2017014908, кл. B22F 1/00 2017 г.). В результате измельчения графен, по-существу, являющийся хлопьевидным материалом, адгезируется на поверхности металлических частиц, образуя вокруг них оболочку.
Известен способ нанесения на металлические порошки графенового покрытия, путем смешивания металлических порошков с графеном в шаровой мельнице. При смешивании металлических порошков с графеном в мельнице в присутствии шаров графен обертывает металлические порошки, образуя графеновое покрытие. (CN103882257, кл. С22С 1/05, 2014 г.; GB2539861, кл. B22F 1/0003, 2016 г.).
Как правило, графен представляет собой частицы в виде чешуек с плоской структурой. Механическое нанесение чешуек графена, имеющих плоскую форму, на металлические частица по выше указанным известным способам приводит к анизотропии композита, которая не гарантирует получение композиционных материалов с изотропными свойствами и соответственно не гарантирует получение композиционных материалов с ожидаемыми механическими характеристиками. Кроме того, при механическом нанесении графена на металлические порошки часть графена остается в смеси в своем исходном состоянии, что не гарантирует равномерность их распределения в композиционных материалах. Также при механическом нанесении не гарантирована равномерность, сплошность и целостность графенового покрытия, что существенно сказывается на теплопроводности и электропроводности композиционных материалов. Графеновое покрытие, нанесенное механическим способом, имеет непрочное взаимодействие с поверхностью металлических частиц и при дальнейшем технологическом процессе графен может отслаиваться от поверхности металлических частиц, нарушая однородность материала. Способы получения графенового покрытия занимают значительное время - размельчение порошков длится более 24 часов. Еще один недостаток известных способов, состоит в том, что для покрытия металлических порошков используют готовый графен, который предварительно необходимо приготовить.
Известен способ получения композиционного материала, в соответствии с которым нанесение графенового покрытия на порошки меди осуществляют in situ. В соответствии с известным способом нанесение графена на металлические порошки производят химическим осаждением из паровой плазмы, содержащей источник углерода (CN103773985, кл. B22F 9/12, 20014 г.). Способ химического осаждения из паровой фазы основан на быстром разложении источника углерода (СН4) в высокоактивную углеродную группу под действием радиочастот, при этом графен выращивается на поверхности частиц в виде пленки. Графеновая пленка, выращенная in situ образует сплошное прочно связанное с поверхностью металлических частиц графеновое покрытие, которое имеет изотропные характеристики. Недостаток способа получения графеновой пленки заключаются в следующем. Для осуществления способа необходимо сложное высоковакуумное оборудование. Процесс протекает в присутствии взрывоопасного водорода при достаточно высоких температурах (500°С ~ 700°С). В качестве металлических порошков могут быть использованы только металлы, с низкой растворимостью атомов углерода, что существенно снижает выбор металлических порошков для изготовления композиционных материалов.
Наиболее близким по технической сущности является способ по патенту CN105364068, кл. B22F 1/02, 2016 г., заключающийся в изготовлении композиционного материала из меди, покрытой графеном. Для этого медный порошок и полиметилметакрилат в присутствии стальных шариков, подвергают обработке в шаровой мельнице в среде аргона. В результате обработки получают порошок меди, покрытый слоем полиметилметакрилата. Полученный порошок медь / полиметилметакрилат восстанавливают в печи в среде водорода, где температура восстановления устанавливается равной 800 °С и в результате на поверхности медного порошка образуется графеновая пленка, выращенная in situ. Графеновая пленка, выращенная in situ образует прочно связанное с поверхностью металлических частиц покрытие, которое имеет изотропные характеристики.
Недостаток способа заключается в его многостадийности, т.к. предварительно на металлические порошки необходимо нанести органическое вещество, в тоже время нанесение полиметилметакрилата в мельнице с помощью шаров не гарантирует сплошности и равномерности покрытия. Восстановление полиметилметакрилата с образованием графена проводится при достаточно высоких температурах, при этом необходимо процесс проводит в присутствии взрывоопасного водорода в защитной атмосфере.
Технической задачей изобретения является упрощение способа получения сплошного прочно связанного с поверхностью металлических порошков графенового покрытия и получение из покрытых порошков композиционных материалов для использования их как в качестве высокопрочных, износостойких конструкционных материалов, режущих материалов, так и в качестве материалов, которые могут быть использованы в изделиях с высокими требованиями по электро- и теплопроводности.
Технический результат достигается тем, что в способе нанесения графенового покрытия на металлические порошки, включающий перемешивание металлических порошков и углеродосодержащего компонента, и нагрев их до температуры, обеспечивающей разложение углеродосодержащего компонента, с выделением углерода и осаждением его в виде графена на металлических порошках, перемешивание осуществляют в жидкой среде, при этом в качестве жидкой среды берут углеродосодержащий компонент, выбранный из группы кислот: угольной, углекислой, уксусной, муравьиной; либо из группы водорастворимых солей: угольной, углекислой, уксусной, муравьиной кислот; либо из группы химических соединений, содержащих катионы углерода: CCl4, C8H10, C2H4 Cl3, при этом перемешивание металлических порошков и углеродосодержащего компонента проводят при температуре жидкой среды, соответствующей характеристической температуре разложения углеродосодержащего компонента с обеспечением выделения углерода и осаждения его при перемешивании на металлических порошках в виде графенового слоя.
Перемешивание проводят при температуре 80°С - 150°С.
Углеродосодержащие компоненты являются жидкой средой, в которой осуществляют перемешивание металлических порошков и осаждение на них графена.
Концентрация металлических порошков в углеродосодержащей среде, должна составлять 65% об. - 80% об.
Сущность изобретения заключается в том, что углеродосодержащие компоненты: угольная, углекислая, уксусная, муравьиная кислоты или их растворы, растворы водорастворимых солей угольной, углекислой, уксусной, муравьиной кислот, химические соединения с катионами углерода CCl4, C8H10, C2H4 Cl3 содержат углерод и при нагреве до соответствующей характеристической температуры эти компоненты разлагаются с выделение углерода, осаждающегося в виде графена на поверхности металлических порошков.
Выбранные кислоты: НСООН (муравьиная), Н2СО3 (угольная), СН2СОО4 (уксусная) относятся к классу слабых карбоновых кислот, содержащих анион карбоновой кислоты, который разлагаясь при относительно низких температурах выделяет углерод в виде образующихся химических соединений СО2, СО, С.Углерод выделяясь, осаждается на поверхности металлических порошков, имеющих большую поверхностную энергию (чем мельче порошки, тем больше поверхностная энергия) и кристаллизуется в виде графена. Что немало важно, выбранные кислоты недефицитны, недороги и образуют большое количество водорастворимых солей.
Аналогичные процессы протекают при использовании растворов водорастворимых солей угольной, углекислой, уксусной, муравьиной. В качестве примеры могут быть использованы соли: K2CO3, Na2CO3 и другие аналогичные соли.
При использовании химических соединений CCl4, C8H10, C2H4Cl3 происходит разложение соединений с выделением углерода, который осаждается на поверхности порошков в виде графенового покрытия.
Способ осуществляется следующим образом.
В сосуд из огнеупорного стекла заливают углеродосодержащую среду, которая представляет собой жидкие кислоты, растворы солей, жидкие химические соединения. В сосуд засыпают металлические порошки и проводят перемешивание. Предпочтительно перемешивание проводят с использованием ультразвука. Затем углеродосодержащую среду нагревают любыми известными способами, например в термошкафу до характеристической температуры разложения используемых кислот, кислотных растворов, растворов солей, химических соединений. После выдержки в течение необходимого времени жидкую среду охлаждают до комнатной температуры и фильтруют с отделением металлических порошков от жидкой фазы, после чего металлические порошки промывают и сушат.
Данным способом графен можно осаждать на металлические порошки, такие как железо, медь, кобальт, молибден, хром, алюминий, серебро, титан вольфрам, свинец, олово, цинк, платина и др, на сплавы металлических порошков Размер покрываемых металлических частиц составляет от 10 нм до. 500 мкм
Температуру проведения процесса осаждения графена поддерживают в диапазоне характеристических температур разложения углеродсодержащих компонентов - 80°С - 150°С. Эти температуры соответствуют характеристическим температурам разложения предложенных углеродосодержащих компонентов. Повышение температуры не приведет к каким-либо дополнительным преимуществам, но будет экономически не выгодным.
Время нанесения графенового покрытия зависит от заданной толщины покрытия, но не более 30 мин, так как при более длительном времени на металлических порошках будет формироваться покрытие в виде графита.
Для ускорения осаждения графенового покрытия на металлические порошки процесс проводят при создании градиента температур между углеродосодержащей средой, и металлическими порошками, при этом градиент температур должен соответствовать характеристической температуре разложения углеродосодержащих компонентов, т.е. разность температур между жидкой средой и металлическими порошками должна создавать условия для разложения углеродосодержащих компонентов и осаждения углерода на поверхности металлических порошков в виде графенового слоя. Градиент температур выбирается с учетом желаемой скорости и толщины графенового слоя, осаждаемого на металлических порошках. Градиент температур можно создать различными способами, например, путем предварительного нагрева углеродосодержащей среды до более высокой температуры, в которую вводятся металлические порошки, имеющие температуру окружающей среды. Можно градиент температуры создавать нагревом или охлаждением металлических порошков и вводить их в углеродосодержащую среду с температурой, обеспечивающей в совокупности необходимую для разложения углеродосодержащего компонента температуру.
Нагрев металлических порошков можно осуществлять непосредственно в жидкой среде пропускание тока высокой частоты через жидкую среду. В этом случае под действием тока высокой частоты будут нагреваться металлические порошки. Это даст возможность просто и надежно длительное время контролировать температуру жидкой среды и тем самым управлять процессом разложения углеродосодержащего компонента и осаждения его на поверхности металлических порошков в виде графенового слоя.
Перемешивание металлических порошков и углеродосодержащего компонента можно проводить с наложением электрического тока. Для получения графенового покрытия с наложением электрического тока стандартную гальваническую ванну, разделяют диффузионной перегородкой на анодную и катодную области, заполняют жидкой углеродосодержащей средой и покрываемыми металлическими порошками. В гальванической ванне установлены анод и катод, выполненные из химически стойких материалов, таких как графит, нержавеющая сталь, платина и др. Осуществляют перемешивание жидкой среды при подаче на электроды постоянного электрического тока (I=0,3-4А, V=2-10В) в течение времени, при ко тором будет происходить разложение углеродсодержащего компонента с выделением ионов углерода и осаждением на металлические порошки в виде, по меньшей мере, однослойною графенового покрытия. Процесс покрытия проводят до тех пор. пока на металлические порошки не будет осажден слой графена требуемой толщины. Осаждение графена при использовании электрического тока проводят в углеродосодержащей среде с оптимальной концентрацией порошков не менее 65% об. - 80% об. При этом на металлических порошках осаждается сплошной равномерный по толщине слой графена. С уменьшением содержания металлических порошков в жидкой среде снижается выход по току, уменьшается скорость процесса, и ухудшается качество осаждаемого покрытия. С увеличением концентрации металлических порошков в жидкой среде качество покрытия также будет ухудшаться, т.к. будут ухудшаться условия свободного поступления жидкой среды к поверхностям металлических порошков.
Покрытые графеном металлические порошки используют в различных композиционных материалах, которые могут быть использованы в различных областях науки и техники.
Композиционные материалы, как правило, представляют собой металлическую основу, в качестве которой используются металлические порошки одного или более металлов или сплавов металлов, содержащие наполнители, в данном случае - графен. В зависимости от металлической основы материалов их обычно получают методами порошковой металлургии, литьем, прокаткой. Из композиционных материалов изготавливают целевой продукт.
Примеры.
В разделе приведены примеры получения покрытия с использованием одною углеродосодержащего компонента, характерного для каждой группы заявленных углеродосодержащих компонентов, т.к. остальные углеродосодержащие компоненты разлагаются до углерода и осаждаются в виде графена идентично.
Пример 1. В водный раствор соли NaHCO3 (250 г/л) в дистиллированной воде при температуре кипения (100°С) помещали порошки меди (основная фракция 14 мкм). Перемешивали с помощью ультразвука 20 КГц. Выдерживали при этой температуре - 15 мин. Остывшие в растворе до комнатной температуры порошки меди выделяли фильтрацией, промывали в дистиллированной воде, сушили при температуре 60-80°С в вакуумном сушильном шкафу. Полученные порошки меди взвешивали и получали снижение насыпного веса на 1,6-1,7%. Порошки не смачивались водой. Рамановская спектроскопия показала наличие пиков, характерных для графена.
Пример 2. Нагревали химическое соединение CCl4, до температуры 90°С и вводили порошки алюминия (основная фракция - 30 мкм). Перемешивали с помощью ультразвука. Выдерживали в течение 15 мин. Остывшие порошки алюминия отделяли от жидкой фазы, промывали в дистиллированной воде и сушили при температуре 60-80°С в вакуумном сушильном шкафу. Полученные порошки алюминия взвешивали и получали снижение насыпного веса на 1,7-1,8%. Порошки алюминия не смачивались водой. Рамановская спектроскопия показала наличие пиков характерных для графена.
Пример 3. В водный раствор соли NaHCO3 в дистиллированной воде вводили порошки никеля (основная фракция 25 мкм). Содержание никеля в водном растворе составляло 80% об. Перемешивали с помощью ультразвука. Водный раствор помещали в гальваническую ванну с графитовыми (марки Э1) катодом и анодом. Токовые характеристики: J=2А, V=2-4В. Осаждение графена осуществлялось в течение 20 мин. Затем из раствора выделяли порошки никеля, промывали в дистиллированной воде и сушили при температуре 60-80°С в вакуумном сушильном шкафу. Полученные порошки никеля взвешивали и получали снижение насыпного веса на 1,6-1,7%. Порошки не смачивались водой. Рамановская спектроскопия показала наличие пиков характерных для графена.
Пример 4. В уксусную (метакарбоновую) кислоту СН2СООН помещали навеску порошков железа (основная фракция 40 мкм). Концентрация порошков в кислоте - 80 об.%. Обрабатывали ультразвуком (20 КГц, 20 мин.). Температура обработки - 150°С в термошкафу без использования защитной атмосферы - 10 мин. Порошки от кислоты отделяли методом декантации осадка, который затем промывали. Сушили порошки железа при температуре 60-80°С. в течение 30 мин. Полученные порошки железа взвешивали и получали снижение насыпного веса на 1,5-1,8%. Порошки не смачивались водой. Рамановская спектроскопия показала наличие пиков, характерных для графена.
Пример 5. В ванну с CCl4 при комнатной температуре вводили порошки меди, предварительно нагретые в термошкафу до 120°С. Полученная суспензия перемешивалась ультразвуком до остывания. Порошки меди от жидкости отделяли декантированием, затем порошки меди промывали и сушили в шкафу при температуре 80°С 2 мин. Полученные порошки меди имели снижение насыпного веса на 1.2-1.4%. Порошки не смачивались водой. Рамановская спектроскопия показала наличие пиков, характерных для графена.
Металлические порошки имели сплошное графеновое покрытие, прочно связанное с металлическими частицами. Выращивание графена «in situ», т.е. выделением углерода в виде ионов из углеродосодержащих компонентов и осаждением выделенных ионов углерода непосредственно на частицы металлических порошков обеспечило покрытию изотропные свойства.
Таким образом, способ нанесения графенового покрытия на металлические порошки позволяет существенно упростить процесс нанесения сплошного равномерного с изотропными свойствами покрытия за счет того, что процесс протекает в один этап; получение графена на металлических порошках осуществляется при низких температурах из не дефицитных углеродосодержащих компонентов, Для проведения процесса не требуется специальное оборудование и защитные атмосферы.
Claims (5)
1. Способ нанесения графенового покрытия на металлические порошки, включающий перемешивание металлических порошков и углеродосодержащего компонента и нагрев их до температуры, обеспечивающей разложение углеродосодержащего компонента с выделением углерода и осаждением его в виде графена на металлических порошках, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют в жидкой среде, при этом в качестве жидкой среды берут углеродосодержащий компонент, выбранный из группы кислот, включающей угольную, углекислую, уксусную, муравьиную, либо из группы водорастворимых солей, включающей соли угольной, углекислой, уксусной, муравьиной кислот, либо из группы химических соединений, содержащих катионы углерода, включающей CCl4, C8H10, C2H4Cl3, причем перемешивание металлических порошков и углеродосодержащего компонента проводят при температуре жидкой среды, соответствующей температуре разложения углеродосодержащего компонента с обеспечением выделения углерода и осаждения его при перемешивании на металлических порошках в виде графенового слоя.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешивание проводят при температуре жидкой среды 60°С - 150°С.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешивание проводят при создании градиента температур между углеродосодержащим компонентом и металлическими порошками, при этом градиент температур создают соответствующим температуре разложения углеродосодержащего компонента.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешивание металлических порошков и углеродосодержащего компонента, выделение углерода и осаждение его на металлических порошках в виде графенового покрытия проводят при наложении постоянного электрического тока.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешивание проводят при нагреве металлических порошков непосредственно в жидкой среде пропусканием через жидкую среду токов высокой частоты.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019118781A RU2714151C1 (ru) | 2019-06-18 | 2019-06-18 | Способ нанесения графенового покрытия на металлические порошки |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019118781A RU2714151C1 (ru) | 2019-06-18 | 2019-06-18 | Способ нанесения графенового покрытия на металлические порошки |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2714151C1 true RU2714151C1 (ru) | 2020-02-12 |
Family
ID=69625658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019118781A RU2714151C1 (ru) | 2019-06-18 | 2019-06-18 | Способ нанесения графенового покрытия на металлические порошки |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2714151C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111872407A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-11-03 | 北华大学 | 一种碳包覆贵金属超细纳米颗粒的制备方法及其产物 |
| RU2760896C1 (ru) * | 2020-12-03 | 2021-12-01 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт природных, синтетических алмазов и инструмента" - АО "ВНИИАЛМАЗ" | Способ изготовления теплопроводного композиционного материала из порошков алюминия или его сплава с графеновым покрытием |
| RU2763806C1 (ru) * | 2021-03-23 | 2022-01-11 | Государственное Научное Учреждение Институт Порошковой Металлургии Имени Академика О.В. Романа | Способ нанесения тугоплавкого керамического покрытия на порошок титана |
| RU2778705C1 (ru) * | 2021-11-24 | 2022-08-23 | Публичное акционерное общество "Русполимет" | Способ изготовления малопористых заготовок из порошков железоникелевых нержавеющих сталей для дальнейшего проката |
| CN115838880A (zh) * | 2022-12-06 | 2023-03-24 | 中车工业研究院(青岛)有限公司 | 一种铜-石墨烯复合材料的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012177278A1 (en) * | 2011-06-22 | 2012-12-27 | Baker Hughes Incorporated | Coated particles and related methods |
| CN105367068A (zh) * | 2015-10-27 | 2016-03-02 | 合肥龙多电子科技有限公司 | 一种含微晶陶瓷粉的高致密高导热氮化铝-碳化硅复合电路板基板材料及其制备方法 |
| US9761346B2 (en) * | 2015-08-12 | 2017-09-12 | Shenzhen Eigen-Equation Graphene Technology Co., Ltd. | Method of preparing copper-based composite conductive powder |
| RU2675146C2 (ru) * | 2017-02-21 | 2018-12-17 | Владимир Васильевич Журавлев | Способ получения графена, пленок и покрытий из графена |
-
2019
- 2019-06-18 RU RU2019118781A patent/RU2714151C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012177278A1 (en) * | 2011-06-22 | 2012-12-27 | Baker Hughes Incorporated | Coated particles and related methods |
| US9761346B2 (en) * | 2015-08-12 | 2017-09-12 | Shenzhen Eigen-Equation Graphene Technology Co., Ltd. | Method of preparing copper-based composite conductive powder |
| CN105367068A (zh) * | 2015-10-27 | 2016-03-02 | 合肥龙多电子科技有限公司 | 一种含微晶陶瓷粉的高致密高导热氮化铝-碳化硅复合电路板基板材料及其制备方法 |
| RU2675146C2 (ru) * | 2017-02-21 | 2018-12-17 | Владимир Васильевич Журавлев | Способ получения графена, пленок и покрытий из графена |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111872407A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-11-03 | 北华大学 | 一种碳包覆贵金属超细纳米颗粒的制备方法及其产物 |
| CN111872407B (zh) * | 2020-07-27 | 2022-12-27 | 北华大学 | 一种碳包覆贵金属超细纳米颗粒的制备方法及其产物 |
| RU2760896C1 (ru) * | 2020-12-03 | 2021-12-01 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт природных, синтетических алмазов и инструмента" - АО "ВНИИАЛМАЗ" | Способ изготовления теплопроводного композиционного материала из порошков алюминия или его сплава с графеновым покрытием |
| RU2763806C1 (ru) * | 2021-03-23 | 2022-01-11 | Государственное Научное Учреждение Институт Порошковой Металлургии Имени Академика О.В. Романа | Способ нанесения тугоплавкого керамического покрытия на порошок титана |
| RU2778705C1 (ru) * | 2021-11-24 | 2022-08-23 | Публичное акционерное общество "Русполимет" | Способ изготовления малопористых заготовок из порошков железоникелевых нержавеющих сталей для дальнейшего проката |
| CN115838880A (zh) * | 2022-12-06 | 2023-03-24 | 中车工业研究院(青岛)有限公司 | 一种铜-石墨烯复合材料的制备方法 |
| CN115838880B (zh) * | 2022-12-06 | 2024-05-07 | 中车工业研究院(青岛)有限公司 | 一种铜-石墨烯复合材料的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2714151C1 (ru) | Способ нанесения графенового покрытия на металлические порошки | |
| Güler et al. | The effect of flake-like morphology on the coating properties of silver coated copper particles fabricated by electroless plating | |
| Wang et al. | The preparation of Cu-coated Al2O3 composite powders by electroless plating | |
| Jagannatham et al. | Microstructure and mechanical behavior of copper coated multiwall carbon nanotubes reinforced aluminum composites | |
| CA3099835C (en) | A method for the manufacture of reduced graphene oxide from electrode graphite scrap | |
| CN102492884B (zh) | 一种钨铜锌合金材料的制备方法 | |
| Xie et al. | Preparation of nano-sized titanium carbide particles via a vacuum carbothermal reduction approach coupled with purification under hydrogen/argon mixed gas | |
| Chen et al. | Copper@ carbon fiber composites prepared by a simple electroless plating technique | |
| CN114086013B (zh) | 一种高强高导的超细晶钨铜复合材料及制备方法 | |
| Daoush | Processing and characterization of CNT/Cu nanocomposites by powder technology | |
| Lee et al. | Synthesis of Mn–Al alloy nanoparticles by plasma arc discharge | |
| RU2760896C1 (ru) | Способ изготовления теплопроводного композиционного материала из порошков алюминия или его сплава с графеновым покрытием | |
| Hao et al. | Fabrication of spherical Ti-6Al-4V powder by RF plasma spheroidization combined with mechanical alloying and spray granulation | |
| US9309119B2 (en) | Producing method of metal fine particles or metal oxide fine particles, metal fine particles or metal oxide fine particles, and metal-containing paste, and metal film or metal oxide film | |
| Angappan et al. | Electrolytic preparation of CaB6 by molten salt technique | |
| Wei et al. | Facile electroless copper plating on diamond particles without conventional sensitization and activation | |
| CN103643075A (zh) | 纳米颗粒增强的铜基复合材料及其制备方法 | |
| Korać et al. | Sintered materials based on copper and alumina powders synthesized by a novel method | |
| CN111836915A (zh) | 溅射靶用Fe-Pt-氧化物-BN系烧结体 | |
| CN107986290A (zh) | 一种硼化铬粉末的制备方法 | |
| RU2625692C2 (ru) | Способ получения нанокомпозитных материалов на основе медной матрицы | |
| He et al. | Reinforcing copper matrix composites through molecular-level mixing of functionalized nanodiamond by co-deposition route | |
| CN107983963A (zh) | 一种纯净纳米W-Cu复合粉末的低温制备方法 | |
| JP2012072467A (ja) | Ｃｕ−Ｇａ合金スパッタリングターゲット及びＣｕ−Ｇａ合金スパッタリングターゲットの製造方法 | |
| CN115786763B (zh) | 铜碳复合材料及其制备方法、用途与导电制品 |