镀铜膨胀石墨的制备

李长青， 王树成， 周玉锋

（黑龙江科技大学材料科学与工程学院，哈尔滨150022）

镀铜膨胀石墨的制备

李长青， 王树成， 周玉锋

（黑龙江科技大学材料科学与工程学院，哈尔滨150022）

为改善铜与石墨的表面性能，采用化学镀铜工艺对膨胀石墨粉体进行表面镀覆，制备镀铜膨胀石墨，并利用TG-DTA、XRD、SEM分析方法对其进行表征。结果表明：在400～600℃范围内，镀铜膨胀石墨因膨胀石墨及镀铜层的氧化而增重，600℃后膨胀石墨烧蚀严重；镀铜膨胀石墨有明显的Cu衍射峰；铜颗粒均匀镀覆在膨胀石墨表面。该研究为膨胀石墨改性提供了借鉴。

膨胀石墨；化学镀；铜；表面镀覆

膨胀石墨具有柔软、轻质、导电性好、抗腐蚀、成本低等特点，可与磁性金属复合［1-3］，因此，在电磁损耗型复合吸波材料、电磁屏蔽领域的复合磁性材料方面有着广阔的应用前景［4-7］。任强富等［5-8］在膨胀石墨表面进行化学镀镍、镀银及镀铜，改变了膨胀石墨的表面性能。目前，对于膨胀石墨化学镀铜的研究报道较少，因此，笔者采用化学镀铜工艺对膨胀石墨粉体进行表面镀覆，以改善其表面性能。

1　实 验

1.1材料制备

1.1.1膨胀石墨制备

（1）石墨预处理 将天然鳞片石墨超声水洗后，经100℃烘干后酸化。

（2）可膨胀石墨制备 将预处理的石墨（10 g）置入浓硫酸（30 mL）烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀，加入高锰酸钾（1 g）再次搅拌均匀。然后将其在60℃水浴箱中加热搅拌30 min。加入蒸馏水水洗，水洗至pH为5～7，脱水后在60～70℃烘干箱中干燥24 h。

（3）膨胀石墨制备 将制得可膨胀石墨在高温炉中进行膨胀化处理，经瞬间膨胀后便形成膨胀石墨，膨胀温度控制在900℃左右。

1.1.2膨胀石墨镀铜

（1）镀液制备 将无水CuSO4充分搅拌制得40 g/L的硫酸铜溶液，取H2SO4溶液调节pH值在2～3之间。

（2）膨胀石墨镀铜 将0.5 g膨胀石墨倒入100 mL镀液中，利用搅拌器充分搅拌，再将溶液加热至60℃，然后缓慢加入Zn（约0.8 g）粉直至无水硫酸铜溶液颜色完全褪去，金属锌粉与硫酸铜反应生成的金属铜包覆在膨胀石墨表面，过滤得到镀铜膨胀石墨。

（3）镀铜膨胀石墨处理 首先过滤镀铜膨胀石墨，然后加入质量分数为1.0%的苯丙三氮唑（C6H5N3）酒精溶液以防止其氧化，钝化时间约为30 min，过滤后将镀铜膨胀石墨置入真空烘干箱中于45℃温度下烘干。

1.2表征方法

为了分析镀铜膨胀石墨粉体的物相变化特征，采用Netzsch STA 449 C型差热分析仪（TG-DTA）对其进行差热热重分析，升温速率为5℃/min，参考粉体为氧化铝粉。

为了检测粗化石墨粉和镀铜膨胀石墨粉物相，采用Bruker D8 Advance型X射线衍射仪（XRD）进行表征，Cu-K a1辐射管电压为40 kV。

为了观察膨胀石墨及镀铜膨胀石墨的微观形貌，采用Quanta 200FEG扫描电子显微镜（SEM）进行表征，工作电压为0～30 kV，分辨率为1.5 nm。

2　结果与分析

2.1表面形貌表征

2.1.1宏观形貌

鳞片石墨原料（图1）经过预处理、氧化、水洗、干燥过程后，在马弗炉900℃高温下瞬间膨胀得到膨胀石墨，其宏观形貌如图2所示。经测定，制得膨胀石墨的膨胀率为240 m L/g。

图1　天然鳞片石墨Fig.1 Raw flaked graphite

图2　膨胀石墨Fig.2 Expanded graphite

将制得的膨胀石墨与无水硫酸铜溶液充分搅拌混合，慢慢加入锌粉，过滤、钝化、干燥后得到镀铜膨胀石墨。图3为镀铜膨胀石墨宏观形貌。对比图1～3可以看出，镀铜膨胀石墨的形貌上增添了Cu金属色泽。

图3　镀铜膨胀石墨Fig.3 Copper coated expanded graphite

2.1.2微观形貌

膨胀石墨与镀铜膨胀石墨的SEM形貌如图4所示。由图4a可以看出，膨胀石墨颗粒经过钝化处理后，其表面呈现刻蚀沟槽或凹坑，增大了接触面积和表面的粗糙度，为提高膨胀石墨与铜镀覆层之间的结合力提供了条件。从图4b可以看出，铜粉均匀镀覆在膨胀石墨表面。

图4　膨胀石墨与镀铜膨胀石墨的SEM照片Fig.4 SEM morphology of expanded graphite and copper coated expanded graphite

2.2DTA-TG分析

对镀铜膨胀石墨进行DTA-TG分析，结果如图5所示。由图5可见，温度为400～600℃时，镀铜膨胀石墨由于膨胀石墨及镀铜层的氧化而增重，600℃后，由于强烈的氧化烧蚀使得重量迅速降低，在此之后铜的氧化以及残余石墨氧化均为放热反应，因此，放热峰显著。

图5　镀铜膨胀石墨DTA-TG曲线Fig.5 DTA-TG cu rves of copper coated expanded graphite

2.3物相分析

图6为膨胀石墨及镀铜膨胀石墨XRD衍射图谱。由图6可以看出膨胀石墨特有的衍射峰，但未出现其他物相的衍射峰，说明膨胀石墨不含其他物相。从图6还可以看出，化学镀铜后的膨胀石墨在膨胀石墨特有的衍射峰基础上，出现了物相Cu的衍射峰，说明晶态铜粉在膨胀石墨表面出现。

图6　膨胀石墨XRD衍射图谱Fig.6 XRD paterns of expanded graphite

3　结 论

（1）利用浓硫酸和高锰酸钾将石墨氧化制得膨胀率较好的膨胀石墨，再利用无水硫酸铜和锌粉反应制得铜（无水硫酸铜过量），还原的单质铜粉粘附在膨胀石墨表面上，即得镀铜膨胀石墨。

（2）在400～600℃范围内，镀铜膨胀石墨因膨胀石墨及镀铜层的氧化而增重，600℃后膨胀石墨烧蚀严重。

（3）化学镀铜后的膨胀石墨出现了物相Cu的衍射峰，铜颗粒均匀镀覆在膨胀石墨表面。

［1］ 靳通收，马艳然，李 强.可膨胀石墨的制备［J］.无机化学学报，1997，13（2）：117-119.

［2］ 刘国钦，闫 珉.利用细鳞片石墨制备膨胀石墨的研究［J］.新型炭材料，2002，17（2）：13-18.

［3］ 张晏清，孙庆荣.磁性膨胀石墨的制备及影响因素研究［J］.无机材料学报，2008，23（4）：794-798.

［4］ 贾 瑛，任强富，李志鹏，等.膨胀石墨基纳米镍、铁、钴化学镀制备复合吸波材料［J］.材料保护，2009（8）：1-3.

［5］ 任强富，贾 瑛，张秋禹.膨胀石墨表面化学镀镍及性能［J］.应用化学，2009，26（4）：495-497.

［6］ 陈以宁，李 飞.铜包石墨润滑涂料的制备与性能研究［J］.耐火材料，2010，44（6）：452-455.

［7］ 徐露露，甘雪萍，袁铁锤，等.化学镀法制备镍包石墨复合粉末［J］.粉末冶金材料科学与工程，2011，13（5）：710-715.

［8］ 李长青，王振廷，赵国刚.化学镀铜石墨粉及其铜基复合材料的性能［J］.黑龙江科技学院学报，2011，21（5）：349-352.

（编辑荀海鑫）

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

黑龙江省教育厅科学技术研究项目（12531586）

李长青（1973-），男，黑龙江省鸡西人，副教授，博士，研究方向：陶瓷及石墨复合材料，E-mail：llchangqing@163.com。