[發明專利]汽車油泵用轉向器石墨板及其制備方法

有效

• 申請號: 201010179725.3
• 申請日: 2010-05-24
• 公開（公告）號: CN101844923A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 喬英杰;劉愛東;崔新芳
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: C04B35/52
• 分類號: C04B35/52;C04B35/622
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種石墨復合材料，具體地說是一種汽車油泵用轉向器石墨板。本發明還涉及一種石墨復合材料的制備方法。

背景技術

生產石墨電極的工藝流程的幾個主要生產工序有煅燒，破碎、篩分及配料，混捏，成型，焙燒，浸漬，石墨化。其中為了得到高密度及高強度的坯料，浸漬需要重復進行2～3次，造成生產周期的延長，普通功率石墨電極的生產周期為45天左右，超高功率石墨電極的生產周期需70天以上而需要多次浸漬的接頭生產周期更長，加大了能源的消耗，因此有必要研究新的工藝，在獲得良好致密度及強度的同時減少工序，縮短生產周期，降低能源消耗。

由于石墨材質屬于非金屬中導熱特性最接近金屬，但是石墨的共價鍵結構使其類似于陶瓷表面，一般金屬材料均不容易與其附著。現有的石墨板與銅合金的結合利用環氧樹脂作為結合的粘著劑，但當熱源自石墨板傳導至導熱體時，環氧樹脂的熱阻絕特性使得導熱路徑受阻，同時環氧樹脂高溫熱循環后熱裂解會造成石墨板與銅合金脫離，而失去功能，也有的研究者利用Fe、Cr、以及Sn作為石墨與金屬間的粘合材料，用機械加工方式在底部鉆孔，利用電鑄方式于石墨表面鍍初親石墨金屬層，石墨底部形成立體鑲嵌結構，通過高溫回焊爐使石墨與金屬結合，但這種方法工藝復雜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有良好的機械性能及較高的電導率的汽車油泵用轉向器石墨板。本發明的目的還在于提供一種合成工序簡單，生產周期短，石墨片與Cu結合牢固的汽車油泵用轉向器石墨板的制備方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明的汽車油泵用轉向器石墨板是重量比為納米石墨粉40-45％、酚醛5-6％、瀝青10-15％、石油膠余量，并加入固化劑、B₄C催化劑后充分混合，形成均勻的混合物之后熱壓燒結、石墨化形成石墨塊；將石墨塊加工成規定尺寸后，將石墨塊與相應尺寸的Cu片通過擴散焊結合而形成的石墨銅復合板。

本發明的汽車油泵用轉向器石墨板的制備方法為：

按照重量比為納米石墨粉40-45％、酚醛5-6％、瀝青10-15％、石油膠余量進行混配后，并加入固化劑、B₄C催化劑后充分混合，使粉末完全分散，形成均勻的混合物之后熱壓燒結、石墨化得到石墨塊；將石墨塊加工成規定尺寸，最后將石墨塊與相應尺寸的Cu片通過擴散焊結合。

所述的熱壓燒結是在30℃/h的升溫速率，1000℃熱壓燒結2小時。

所述的石墨化是在N₂氣流保護下，2300℃進行石墨化，保溫時間為4小時。

所述的擴散焊結合是石墨塊、Cu片分別在丙酮和甲醇液中進行超聲波清理，用高純N₂吹干后裝入在超高真空擴散機上，對Cu表面采用1.5KeV轟擊25分鐘，對石墨片表面采用3keV轟擊25分鐘；在表面蒸鍍室，在與Cu連接的石墨塊表面蒸鍍一層200～260nm的Cr膜作中間層；之后，移至焊接室進行裝配定位；擴散焊接規范系數為：焊接溫度900℃、保溫時間120分鐘、壓力9MPa。

傳統制備石墨工序復雜，為了得到高密度及高強度的坯料，需要重復浸漬、焙燒的過程。生產周期長，能耗大。真空熱壓燒結高致密度的材料，降低孔隙率，因此本發明創新的嘗試用真空熱壓燒結混合料。

Cu與石墨片的連接在工業應用中具有重要的意義。由于石墨材質屬于非金屬中導熱特性最接近金屬，但石墨的共價鍵結構類似于陶瓷表面，一般金屬材料均不容易與其附著，須依賴與碳元素形成反應的金屬在高溫范圍內進行擴散焊接結合.石墨表面因為溫度升高產生游離的碳素與Cr產生碳化物。Cr與碳形成碳化物Cr₂₃C₆為不銹鋼粒間腐蝕，碳化鉻形成溫度在800℃。

Cu-Cr二元合金是一種屬于銅合金系列的特殊合金，具有高的機械性能和導電和導熱性能，再結晶溫度較高，因而耐熱性能良好。焊接過程中Cr在元素界面的擴散，形成Cu-Cr合金的過渡層。

本發明的構想是創新性的利用真空熱壓燒結來取代傳統工藝中的重復焙燒、浸漬工藝，來獲得高密度、高機械強度的石墨塊。再通過將石墨片與Cu通過擴散焊方式結合作為一種汽車油泵用轉向器石墨板。

本發明以石墨粉、酚醛、瀝青、石油焦為原料，在高混機上混合，使粉末完全分散，形成均勻的混合物之后熱壓燒結、石墨化。將石墨塊加工成規定尺寸，最后將石墨板與相應尺寸的Cu片通過擴散焊結合。得到的汽車油泵用轉向器石墨板，具有良好的機械性能及較高的電導率；本發明的石墨片合成工序簡單，生產周期短；石墨片與Cu結合牢固。