[發明專利]一種銅/碳復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811468255.5
• 申請日: 2018-12-03
• 公開（公告）號: CN109317665B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 甘雪萍;趙琪;成金娟;周科朝
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;C23C18/40;C22C9/00;C22C1/05;C22C1/10
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 毛志杰

本發明提供了一種高性能銅/碳復合材料及其制備方法。該制備方法包括以下步驟：對碳材料依次進行除油處理、粗化處理，再加入高壓反應釜中，然后加入強碳化物形成元素的氧化物，再通入過水氫氣，進行反應，得到改性碳材料；將改性碳材料加入鍍銅液中，然后再加入還原劑，進行反應，得到復合金屬層鍍覆的銅/碳復合材料前驅體；將前驅體進行燒結，得到高性能銅/碳復合材料。該方法利用高壓反應釜制備包覆粉，具有操作簡便、易于控制、成本低廉的特點，適合大規模工業化生產。該銅/碳復合材料具有優異的力學性能、電學性能及耐磨性能，其抗壓強度≥120MPa，致密度≥96％，電阻率≤0.35uΩ.m，摩擦系數小于0.35。

技術領域

本發明屬于復合材料及其制備技術領域，尤其涉及一種高性能銅/碳復合材料及其制備方法。

背景技術

銅/碳復合材料因具有高強度、高導電和導熱，以及良好的耐蝕、自潤滑性和抗熔焊等性能，是眾多高技術領域所必須的關鍵材料，廣泛應用于航空航天、電子信息、高速軌道交通等領域。目前，歐美發達國家在銅/碳復合材料研究與應用方面總體處于領先水平，他們研制的產品已廣泛應用于高端電刷、高速列車及各種大功率、高轉速、高溫高壓機組的工程部件等。我國從70年代開始對銅/碳復合材料開展研究并取得了可喜的成績，研制的銅/金剛石(石墨、碳纖維)復合材料在電子封裝、動密封、受電弓滑板、高檔電刷等方面獲得應用。但在銅/碳復合材料品種、性能、制備技術等方面與歐美發達國家存在一定差距。因此，研制高性能銅/碳復合材料是我國眾多重點工程急需解決的問題。

影響銅/碳復合材料綜合性能的主要因素是銅與碳之間的界面問題。由于銅與碳既不發生化學反應也不互溶或擴散，它們之間的結合主要依靠機械嚙合方式實現，界面結合力非常弱，它極大程度上制約了銅/碳復合材料的應用。為了提高銅與碳的潤濕性，因此急需探索出一種高性能的銅/碳復合材料的制備方法。

目前，改善銅與碳潤濕性的方法主要有兩大類：銅合金化和碳材料表面改性。銅合金化是將銅合金的粉末、碳材料和強碳化物形成元素混合，通過模壓成型、燒結制備銅碳復合材料；這種復合材料的碳材料表面不能被碳化物完全均勻地包覆，從而導致復合材料內部微觀結構均勻性差。碳材料表面改性是利用化學鍍、鹽浴鍍、電鍍、磁控濺射或溶膠凝膠法在碳材料表面鍍覆一層能與碳發生化學反應或擴散或互溶的金屬層。化學鍍是通過溶液中適當的還原劑使金屬離子在金屬表面的自催化作用下進行還原的金屬沉積過程，也叫無電解鍍和自催化鍍，運用化學鍍法對碳材料表面進行改性，所得鍍層的致密度不高。電鍍、鹽浴鍍和磁控濺射不僅需要耗費大量能源，提高成本，而且不能在細微粉體表面均勻鍍覆金屬層，獲得的鍍層厚度不太均勻，且設備復雜，工藝成本高。溶膠凝膠法雖然可以獲得均勻的鍍層，但是在凝膠干燥和除雜過程中由于鍍層內大量氣體的逸出，易在鍍層表面產生裂紋，破壞鍍層的完整性。因此，亟需研究開發一種可以提高銅/碳復合材料的綜合性能的方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種工藝簡單、成本低廉、可有效提高銅/碳復合材料綜合性能的方法，同時提供由該方法制得的銅/碳復合材料。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種高性能銅/碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)對碳材料依次進行除油處理、粗化處理；

(2)將步驟(1)后的碳材料加入反應釜中，然后加入強碳化物形成元素的氧化物，再通入過水氫氣，進行反應，反應過程中，氧化物和水反應生成易揮發的水合氫氧化物，然后再被氫氣還原成強碳化物形成元素原子，并在碳材料表面沉積，得到改性碳材料；

(3)將步驟(2)后的改性碳材料加入鍍銅液中，然后再加入還原劑，進行反應，得到復合金屬層鍍覆的銅/碳復合材料前驅體；