[發明專利]一種鍍Cu短碳纖維增強Cu基復合材料

在審

• 申請號: 201611045308.3
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN108103422A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 劉芳
• 申請（專利權）人: 劉芳
• 主分類號: C22C49/02
• 分類號: C22C49/02;C22C49/14;C22C47/04;C22C47/14;C23C18/40;C23C18/18;C22C101/10
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一種鍍Cu短碳纖維增強Cu基復合材料，通過粉末冶金制備了短碳纖維增強Cu基復合材料以提高Cu基復合材料的密度、硬度及電導率等性能。采用380℃灼燒30min為較佳的碳纖維除膠工藝；與超聲分散和磁力攪拌相比，采用電動攪拌時短碳纖維分散性好，且化學鍍Cu鍍層均勻致密。隨著鍍Cu短碳纖維含量的增加，復合材料的密度和電導率呈現下降的趨勢，硬度呈現先提高后降低的趨勢，其中在鍍Cu短碳纖維含量達12.5%時，Cu基復合材料硬度值最高；鍍Cu的短碳纖維Cu基復合材料的物理性能優于未鍍Cu的短碳纖維復合材料。

技術領域

本發明涉及一種粉末冶金材料，尤其涉及一種鍍Cu短碳纖維增強Cu基復合材料。

背景技術

碳纖維增強Cu基復合材料呈現出優異的力學性能、耐磨性、耐高溫性、耐電弧燒蝕性以及良好的自潤滑性等一系列優點， 現作為一種金屬基復合材料已被廣泛應用于機械制造、 航空航天等領域。尤其是用于制造電刷、軸瓦、滑塊、觸電、集成電路散熱板、軌道交通受電弓滑板等。

但是由于碳纖維與Cu基體的潤濕性比較差，兩者直接復合不但不能起到增強基體的作用，反而削弱了復合材料的性能。因而，要制備性能優異的碳纖維增強Cu基復合材料，首先要解決碳纖維與Cu基體潤濕性差這一問題。欲改善碳纖維與基體的潤濕性，提高界面結合力，需要對碳纖維進行化學鍍Cu處理。碳纖維出廠前表面都會附著一層有機膠，使得碳纖維表面呈現表面惰性、疏水性且光滑，很難直接進行化學鍍Cu，因此對碳纖維鍍Cu前需要進行除膠處理。

發明內容

本發明的目的是為了改善銅基復合材料的密度、硬度、電導率等性能，設計了一種鍍Cu短碳纖維增強Cu基復合材料。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

鍍Cu短碳纖維增強Cu基復合材料的制備原料包括：碳纖維型號為東麗13K，單絲直徑為7μm，將碳纖維剪成2mm長的短碳纖維備用。鍍Cu使用純度大于99.6%的電解Cu粉，粒度為200目。

鍍Cu短碳纖維增強Cu基復合材料的制備步驟為：在對短碳纖維進行化學鍍Cu之前，必須對其進行表面改性處理。主要是除膠、粗化和親水性處理。對碳纖維進行除膠處理主要是為了除去碳纖維表面的有機膠，再者，還可以增加碳纖維表面的粗糙度，以改善碳纖維在鍍液中的浸潤性。粗化工藝可以增強碳纖維的表面粗糙度，使碳纖維表面呈溝槽狀，為Cu的沉積提供便利。選用濃硝酸進行粗化。隨后，用NaOH對短碳纖維進行親水性處理，并用去離子水反復清洗碳纖維，直至洗液呈中性為止。選用無需敏化活化甲醛還原體系化學鍍Cu工藝，該鍍Cu工藝流程較為簡單，且效率較高。其鍍液為15g/L的CuSO4·5H2O，30g/L的Na2EDTA，12mL/L的CH2O，0.1g/L的(C5H4N)2。施鍍試驗工藝參數：鍍液溫度為65℃，通過加入NaOH溶液調節pH值為13，分別采用超聲分散、磁力攪拌和電動攪拌方式使碳纖維均勻分散。利用SEM觀察鍍Cu前后的碳纖維形貌，利用XRD做鍍層分析，從而確定較佳的鍍Cu工藝。采用冷壓成型的方法壓制Cu基短碳纖維復合材料，試驗中采用粉末壓片機進行壓制成型，在200MPa壓力下，保壓5min。將壓制成型的試塊進行真空燒結，并對燒結后的試塊進行再次壓制燒結，以提高致密度。

鍍Cu短碳纖維增強Cu基復合材料的檢測步驟為：采用排水法測試復合材料的密度，采用HXD-1000TMC顯微硬度計測定復合材料的硬度，采用SB2230型直流數字電阻測試儀測定復合材料的電阻。

本發明的有益效果是：