[发明专利]一种炭/炭-铜复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种炭/炭-铜复合材料的制备方法。

背景技术

炭/铜复合材料因其既具有炭的自润滑、抗磨、低膨胀系数特性，又具有铜的优良的导电、导热性，已被广泛用于滑动电触头材料、受电弓滑板材料、电刷、低压断路器、空气自动开关、电力半导体支撑电极、集成电路散热板和自润滑轴承等领域。但是，由于炭/铜两相结合性能差，目前炭/铜复合材料存在着致密度差、孔隙度高、界面结合强度低、力学性能差等问题。

炭/炭-铜复合材料是一种新型的炭/铜复合材料，它以炭纤维增强炭基体的复合材料（炭/炭复合材料）为坯体，炭相和铜相各自呈连通的网络状结构，可以充分利用炭/炭复合材料和 Cu 各自的优良性能，其具有高强度、低电阻率、低摩擦磨损、低膨胀系数及优良导热性能。但是，炭/炭复合材料与铜润湿性极差，因此需要施加外力场将熔融金属渗入多孔的炭坯体中或者通过改善金属液与固相之间的润湿性以实现无压溶渗。孙晋良和张福勤分别采用气体压力浸渗方法和热等静压工艺将铜液浸透到炭/炭复合材料预制件中，得到炭/炭-铜复合材料。加压熔渗工艺所需设备庞大笨重，工艺成本高，炭/铜两相仅为机械结合而无冶金结合，从而结合性能差，制备的炭/铜复合材料导电性能差。通过改善炭/铜两相的润湿性，可实现无压熔渗，其具有工艺简单、成本低、适于制造复杂形状零件等优点。冉丽萍等采用元素Ti改性将Cu-Ti合金液在1300℃无压条件下真空渗入到多孔的C/C复合材料坯体中，制备了炭纤维整体织物/炭-铜复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备具有良好的力学、摩擦磨损性能并具有高导电导热性的炭/炭-铜复合材料的方法。

为了达到上述目的，本发明的方法包括：

(1) 将密度为0.6～1.6g/cm³的炭/炭复合材料试样在无水乙醇中超声波清洗0.5～2.0小时，放入干燥箱中于60～100℃烘干；

(2) 将MoO₃、正钼酸铵、仲钼酸铵、二钼酸铵、四钼酸铵的一种或多种与碱金属氯化物的一种或多种混合均匀，包含的Mo占混合盐的质量百分数为5～20%；

(3) 将由步骤(1)得到的炭/炭复合材料坯体包埋在步骤（2）的混合盐中，置于密封的坩埚内，在真空环境或惰性气体保护下，于900～1100℃保温0.5～5小时，随炉冷却至室温，取出坯体后水洗干燥；

(4) 将步骤（3）中得到的坯体，在真空或保护性气氛下，于1100～1300℃保温0.5～2小时进行渗铜，然后随炉冷却至室温，得到炭/炭-铜复合材料。

作为改进，所述步骤（3）中的坩埚为石墨坩埚或氧化铝坩埚。

本发明利用熔盐法在炭/炭复合材料坯体内外表面获得均匀、完整、致密、且与坯体有良好界面结合的Mo₂C层，解决了铜与炭不润湿的问题，实现了多孔炭/炭复合材料坯体无压浸渗铜，制备了炭/炭-铜复合材料。在保证复合材料高导电性的前提下，改善了材料的力学和摩擦磨损性能。本发明的方法对设备要求低，工艺简单，成本低，工艺条件易控制，适于工业化生产。

具体实施方式

实施例1

将密度为0.6 g/cm³的炭/炭复合材料试样在无水乙醇中超声波清洗0.3h，放入干燥箱中于60℃烘干。

将MoO₃与NaCl混合均匀，其包含的Mo原子质量为NaCl的20wt%。

将炭/炭复合材料坯体包埋在混合盐中，置于密封的石墨坩埚内。在真空环境下，于900℃保温5h，随炉冷却至室温，取出样品后水洗干燥获得内外表层均具有致密Mo₂C层的炭/炭复合材料坯体。

以铜为熔渗剂，在真空环境下，于1100℃保温2h对坯体进行熔渗，随炉冷却至室温，得到炭/炭-铜复合材料。

实施例2

将密度为1.0 g/cm³的炭/炭复合材料试样在无水乙醇中超声波清洗1h，放入干燥箱中于70℃烘干。

将仲钼酸铵与KCl混合均匀，其包含的Mo原子质量为KCl的15wt%。

将炭/炭复合材料坯体包埋在混合盐中，置于密封的氧化铝坩埚内。在惰性气体保护下，于950℃保温4h，随炉冷却至室温，取出样品后水洗干燥获得内外表层均具有致密Mo₂C层的炭/炭复合材料坯体。

以铜为熔渗剂，在保护性气氛下，于1200℃保温1h对坯体进行熔渗，随炉冷却至室温，得到炭/炭-铜复合材料。