[發(fā)明專利]一種高沖擊韌性碳-銅復(fù)合材料的制備工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410463634.0
• 申請(qǐng)日: 2014-09-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104195477A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李春林;李靜雯;陳建;趙勇;劉成東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川理工學(xué)院;自貢恒基電碳廠
• 主分類號(hào): C22C47/14
• 分類號(hào): C22C47/14;C22C47/02;C22C101/10;C22C121/00
• 代理公司: 重慶博凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料的制備，具體指一種高沖擊韌性碳-銅復(fù)合材料的制備工藝，本復(fù)合材料主要用于電力機(jī)車受電弓滑板，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

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背景技術(shù)

銅/石墨復(fù)合材料既具有銅的高電導(dǎo)率、高強(qiáng)度和良好的延展性，又具有石墨的良好潤(rùn)滑性、耐蝕性、低膨脹系數(shù)及比重小的特點(diǎn)，因而具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐磨、耐電弧燒蝕和抗熔焊等性能，廣泛應(yīng)用于各種電焊電極、電器工程開(kāi)關(guān)的觸頭、發(fā)電機(jī)的集電環(huán)、電機(jī)電刷和電力機(jī)車受電弓滑板。

在采用粉末冶金法制備銅/石墨材料時(shí)，對(duì)石墨制粒，可以有效降低石墨對(duì)銅基體的隔斷效應(yīng)，增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度和沖擊韌性，降低電阻率。造粒就是將細(xì)粉末狀固體團(tuán)聚在一起。采用造粒技術(shù)制備摩擦材料，還可以減少環(huán)境污染，減少對(duì)研發(fā)人員和工人的人身傷害，而且運(yùn)輸便利、增加制備材料的空隙、降低制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪音和減少摩擦塊對(duì)偶件磨損等優(yōu)點(diǎn)。造粒技術(shù)適合應(yīng)用于摩擦材料制備。

碳-銅復(fù)合材料受電弓滑板是以銅為基體、將石墨和碳纖維均勻地分布在基體中，采用冷壓成型后燒結(jié)制備而成。該材料具良好的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能。楊連威等以78%銅，2%碳纖維，15%石墨，添加劑含量5%，在壓力為200MPa和燒結(jié)溫度880℃條件下制備了碳-金屬?gòu)?fù)合滑板。該滑板電阻率較低、耐磨損及沖擊韌性較高。但是該滑板的傳統(tǒng)制備工藝是將銅粉與其他組分機(jī)械共混，經(jīng)粉末冶金方法制備而成，即使在1285℃的高溫下，銅與碳纖維、石墨也不浸潤(rùn)或者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，界面結(jié)合方式為機(jī)械互鎖，結(jié)合強(qiáng)度低，承受較大外力時(shí)，界面容易破壞，纖維較易拔出、脫落。以受電弓滑板為例，受電弓滑板經(jīng)過(guò)接觸網(wǎng)上“硬點(diǎn)”時(shí)，例如在電分相裝置、分段絕緣器及接觸導(dǎo)線硬彎處，會(huì)產(chǎn)生階躍式?jīng)_擊。電力機(jī)車運(yùn)行速度越高，弓網(wǎng)受到的振動(dòng)和沖擊載荷也越強(qiáng)。由于銅石墨界面結(jié)合力較弱，疲勞應(yīng)力強(qiáng)度較低，當(dāng)弓網(wǎng)振動(dòng)載荷超過(guò)其疲勞應(yīng)力強(qiáng)度時(shí)，造成石墨或碳纖維的脫落或拔出。甚至超過(guò)其抗沖擊韌性，直接使石墨顆粒產(chǎn)生碎裂脫落。從而導(dǎo)致弓網(wǎng)接觸界面潤(rùn)滑失效，加劇受電弓和導(dǎo)線的磨損。因此，需要對(duì)銅碳復(fù)合材料界面進(jìn)行改性。

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發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種可大大增強(qiáng)銅碳界面結(jié)合力的高沖擊韌性碳-銅復(fù)合材料的制備工藝。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種高沖擊韌性碳-銅復(fù)合材料的制備工藝，步驟如下，

1）碳纖維表面處理

采用碳纖維為原料，先采用酒精進(jìn)行預(yù)清洗，清除碳纖維表面的有機(jī)膜；再采用硝酸溶液對(duì)碳纖維進(jìn)行粗化，最后經(jīng)水洗和干燥后，得到待用的碳纖維；

2）混捏

將石墨粉、酚醛樹(shù)脂、碳纖維、銅纖維以及其它潤(rùn)滑組分按比例進(jìn)行稱重，并加入適量酒精溶劑，混合1-3小時(shí)；出鍋，晾干酒精溶劑，然后打粉，過(guò)70目篩，得到膠質(zhì)石墨粉；其它潤(rùn)滑組分為二硫化鎢或二硫化鉬。

3）?；?/p>

將膠質(zhì)石墨粉造粒，經(jīng)過(guò)干燥篩分后，選取20-120目?；w粒；

4）毛刺化

將?；w粒放入帶有可調(diào)速鉸刀的雙錐混料機(jī)中，?；w粒經(jīng)過(guò)鉸刀和相互間的滾動(dòng)沖擊，磨剝掉粒化石墨顆粒表層的石墨，然后篩分去除磨剝下來(lái)的細(xì)粉，得到具有毛刺化結(jié)構(gòu)的?；w粒；

5）混合

將毛刺化后的粒化石墨顆粒、銅粉按最終產(chǎn)品中各組分比例要求進(jìn)行稱重，并加入適量硬脂酸鋅脫模劑，在雙錐混料機(jī)中，混合1-3小時(shí)，得到壓粉；

6）成型和燒結(jié)

根據(jù)產(chǎn)品尺寸要求，對(duì)壓粉壓制成型，再經(jīng)過(guò)燒結(jié)工藝即得到高沖擊韌性銅-碳復(fù)合材料。

第2）步混捏中，酚醛樹(shù)脂為石墨粉重量的15-30%，碳纖維為石墨粉重量的2-10%，銅纖維為石墨粉重量的1-5%；其它潤(rùn)滑組分為石墨粉重量的2-5%。

第1）步對(duì)碳纖維進(jìn)行粗化的硝酸溶液為50%的濃硝酸。

本發(fā)明通過(guò)特定工藝得到具有刺猬結(jié)構(gòu)的石墨顆粒，該顆粒再與銅粉混合、壓制和燒結(jié)，即可得到具有碳纖維和銅纖維連接銅碳界面的界面結(jié)合層，該結(jié)構(gòu)可以顯著增加石墨顆粒表面的粗糙度，?使銅碳界面互鎖作用增強(qiáng)，從而提高銅碳界面結(jié)合力，最終提高銅碳復(fù)合材料的沖擊韌性。

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具體實(shí)施方式