Synthesis of spherical graphene-skinned copper powders by high-temperature remelting chemical vapor deposition

球形铜粉在增材制造、柔性电子、电接触材料等领域的广泛应用要求其具有高球形度、高流动性和高抗氧化性. 典型球化工艺面临铜液滴粘连, 导致球形度不高、卫星粉、粉体粒径分布宽等问题. 此外, 先球化后包覆工艺路径复杂且制备周期长. 在粉体球化的同时引入功能包覆层不仅可以降低粉体粘连, 而且可以同步实现球形铜粉功能化. 石墨烯与铜的界面润湿性差, 其作为“蒙皮”可避免粉体粘连, 而且其高电子迁移率、抗水氧渗透特性可赋予其高电导、抗氧化等卓越性能. 本文提出高温重熔化学气相沉积技术, 铜粉和甲烷在高温立式炉中相向流动, 同步实现高球形度铜粉制取及铜表面高质量石墨烯薄膜包覆. 该方案耦合粉体球化(铜熔化并在表面张力作用下球化)过程和石墨烯生长(铜液滴表面甲烷裂解实现碳形核生长)过程. 最终, 在1400°C下获得球形度达0.89±0.11的高球形化铜粉体. 石墨烯(层数在10层以内)层间的有序排列结构表明其具有较高的结晶质量. 与裸铜粉相比, 蒙烯铜粉在经过NaOH腐蚀处理或空气氧化处理后, 展现出更好的抗氧化性能. 本文提出的高温重熔化学气相沉积技术可连续制备具有高球形度、高氧化温度的蒙烯铜粉, 有望成为规模化制备高性能球形铜粉的通用技术, 为其广泛应用提供材料基础.