[發明專利]一種石墨-銅層狀復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811201149.0
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109175356B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 張永勝;樊恒中;蘇云峰;宋俊杰;姜小芳;胡麗天
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: B22F3/02
• 分類號: B22F3/02;B22F3/14;B22F7/04;B23K26/382;B23K26/402
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 李艷華

本發明涉及一種石墨?銅層狀復合材料，該層狀復合材料包括交替排列而成的石墨層和金屬銅層；所述金屬銅層之間通過貫穿所述石墨層的規則排列的微孔結構連接在一起。同時，本發明還公開了該石墨?銅層狀復合材料的制備方法。本發明通過調節微孔結構的尺寸和密度，可有效控制界面結合強度，從而調節材料的整體力學性能和摩擦學性能。

技術領域

本發明涉及潤滑與密封材料技術領域，尤其涉及一種石墨-銅層狀復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著科學技術的發展和進步，對材料提出了越來越苛刻的要求，材料的性能直接決定著部件和整機的服役可靠性。其中潤滑與密封材料是各類傳動系統、推進系統、液壓系統和氣動系統以及機翼斷頭等結構零部件的重要組成部分，為保證潤滑與密封的可靠性，選材應以高強度、良好的導熱性、低且穩定的摩擦系數、優異的耐磨損性能以及良好的可加工性能的材料。石墨材料由于其具有耐高溫、耐腐蝕和自潤滑等諸多優點，是目前航空、航天等高端裝備機械密封系統中主要的密封用材料。但隨著現代科技的快速發展和滿足極端服役環境要求，石墨材料在工作過程中會發生磨損、脫落、破碎等問題，極易造成密封失效，降低發動機推進能力，造成飛行故障甚至引發事故，現有的石墨材料已經不能滿足高技術裝備創新和跨越發展的需要，成為制約密封系統在極端環境下安全可靠服役的關鍵瓶頸技術，進而影響我國高端裝備的發展進程。

因此，設計制備兼具優異力學性能（高強度、高韌性）、低摩擦、耐磨損，高可靠和使用壽命長的潤滑與密封材料，對加快國產高性能機械裝備的研制具有重要的意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種力學性能和摩擦學性能優異的石墨-銅層狀復合材料及其制備方法。

為解決上述問題，本發明所述的一種石墨-銅層狀復合材料，其特征在于：該層狀復合材料包括交替排列而成的石墨層和金屬銅層；所述金屬銅層之間通過貫穿所述石墨層的規則排列的微孔結構連接在一起。

所述石墨層由柔性石墨紙構成，其厚度為0.05~0.3 mm。

所述金屬銅層由青銅粉構成，其厚度為0.2 ~0.5 mm。

所述微孔結構的尺寸為50~800 μm，中心間距為100~1600 μm。

如上所述的一種石墨-銅層狀復合材料的制備方法，包括以下步驟：

⑴在石墨紙上采用激光刻蝕法加工貫穿微孔結構；

⑵將所述步驟⑴所得的石墨紙與銅粉交替對疊鋪層，并在鋼模具中干壓成型，即得復合材料坯體；

⑶所述復合材料坯體在真空環境下經熱壓燒結致密化后，即得石墨-銅層狀復合材料。

所述步驟⑴中激光刻蝕法的條件是指激光功率為8.0~10.0 KW，激光頻率為10~15Hz，加工次數為1~5次，加工速度為2~10 mm/s。

所述步驟⑴中的微孔結構呈圓形、三角形、四邊形中的任意一種。

所述步驟⑵中干壓成型的條件是指壓力為100~300 MPa，保壓時間為2~10 min。

所述步驟⑶中熱壓燒結的條件是指燒結溫度750~850℃，保溫0.5~2.0 h，壓力為10~35 MPa。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1、本發明通過調節微孔結構的尺寸和密度，可有效控制界面結合強度，從而調節材料的整體力學性能和摩擦學性能。

2、本發明通過鋪設石墨紙的厚度和銅粉的量來分別控制石墨層和金屬銅層的厚度，而進入到石墨紙微孔中的銅粉便形成鏈接金屬銅層間的微孔結構。