[发明专利]一种层状结构的铜-二硫化钨自润滑复合材料、制备方法及应用

权利要求书

1.一种层状结构的铜-二硫化钨自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将WS₂颗粒、去离子水和有机粘结剂均匀混合，得水基浆料；所述水基浆料中有机粘结剂的含量为去离子水质量的1％～10％，WS₂颗粒为去离子水质量的1％～30％；

步骤二：将步骤一所得水基浆料倒入含有楔形模的冷冻模具中，并将冷冻模具置于定向温度场中，待浆料完全冷冻后真空干燥20～72h，得到真空干燥后的坯体；定向温度场中底端温度低于顶端温度且底端温度介于-5℃～-120℃间，顶端温度≤25℃，顶端与底端的温度差＞20℃；

步骤三：将真空干燥后的坯体从模具中取出，获得具有长程有序且颗粒定向排列的二硫化钨支架材料，将其剪裁成长方体，浸入有机铜浆中，进行真空压力浸渍，获得二硫化钨片层间渗有铜颗粒的生坯材料，对生坯材料进行压制成形并在氢气炉中进行焙烧且保温，随后进行等离子放电烧结，最终获得具有层状结构的铜-二硫化钨自润滑复合材料；

所述楔形模的夹角为5°～30°；

所述有机铜浆由铜材粉体和有机载体组成，铜材粉体与有机载体的质量比为(30:70)～(70:30)，有机载体包括松油醇、粘结剂和分散剂，且粘结剂和分散剂的总质量为松油醇质量的1％～10％；

所述层状结构的铜-二硫化钨自润滑复合材料包括层状分布的密实铜层以及二硫化钨片层，所述二硫化钨片层由定向排列的WS₂颗粒构成，所述密实铜层与所述二硫化钨片层交替排列。

2.根据权利要求1所述的一种层状结构的铜-二硫化钨自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，所述密实铜层的厚度为5～300μm，所述二硫化钨片层厚度为2～40μm。

3.根据权利要求1所述的一种层状结构的铜-二硫化钨自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，所述密实铜层的致密度高于99.0％，所述层状结构的铜-二硫化钨自润滑复合材料的致密度高于95.0％。

4.根据权利要求1所述的一种层状结构的铜-二硫化钨自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，所述WS₂颗粒沿着其(001)晶面排列于每个二硫化钨片层中，所述WS₂颗粒为六方片状颗粒，所述WS₂颗粒平均直径为5μm。

5.根据权利要求1所述层状结构的铜-二硫化钨自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一所述有机粘结剂选自明胶、聚乙烯醇、壳聚糖、聚丙烯酸中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的层状结构的铜-二硫化钨自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂选自乙基纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素中一种或多种。

7.一种如权利要求1～6任一项所述制备方法制备得到的层状结构的铜-二硫化钨自润滑复合材料在电接触、汽车发动机电刷元件、连铸机结晶器件方面的应用。