[發(fā)明專利]一種短切碳纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110278325.6
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN112981283B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊江磊;賈旭鋼;王艷;周向葵;吳深;李瑩;劉建秀
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州輕工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C22C47/14
• 分類號: C22C47/14;C22C49/02;C22C49/14;C22C101/10
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

本發(fā)明涉及一種利用粉末冶金法制備短切碳纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施：步驟1、采用機(jī)械混合的方法將除短切碳纖維外的粉末混合均勻；步驟2、把短切碳纖維預(yù)處理后在酒精中進(jìn)行超聲波震蕩分散，使碳纖維均勻分散于酒精中；步驟3、將步驟2中混合均勻后的粉末加入步驟1中的酒精中，并施以持續(xù)攪拌；隨后將上述混合物加熱并同時(shí)持續(xù)攪拌直至酒精蒸干，得到短切碳纖維均勻分散于混粉中的混料；步驟4、將上述含有短切碳纖維的混粉采用粉末冶金工藝制備成短切碳纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。本發(fā)明解決了目前短切碳纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的團(tuán)聚、偏析問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于粉末冶金法制備銅基復(fù)合材料技術(shù)，特別涉及一種短切碳纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

碳纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料結(jié)合了銅基復(fù)合材料與碳纖維各自優(yōu)異的性能具有良好的摩擦磨損性能，導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，具有高比強(qiáng)度、比模量，低熱膨脹性能。但是，碳纖維與銅粉密度相差較大（約4.5倍）在混粉時(shí)容易產(chǎn)生偏析現(xiàn)象，短切碳纖維在混粉過程中，經(jīng)過震動(dòng)、摩擦?xí)嗷ダp繞、打結(jié)，呈現(xiàn)球狀、絮狀偏析（如圖1所示），因此，常規(guī)的混粉方式難以將短切碳纖維均勻混入混粉中。碳纖維在基體中偏析團(tuán)聚不僅無法發(fā)揮其優(yōu)異的力學(xué)性能，還會(huì)在基體中造成空隙、裂紋，使得復(fù)合材料的綜合性能下降。如何解決固體混合過程中碳纖維在基體中的偏析、團(tuán)聚現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)短切碳纖維在基體中的均勻分布，是制備高性能短切碳纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料關(guān)鍵因素。

甘永學(xué)以甘油為分散劑，乙醇作稀釋劑，通過機(jī)械攪拌法，制備了碳纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，其均勻性優(yōu)于傳統(tǒng)混料方法。但是，傳統(tǒng)機(jī)械攪拌只是從宏觀上對液體進(jìn)行混合，難以實(shí)現(xiàn)原料的充分均勻混合，制備的材料仍存在疏松、空洞等問題，詳見對比文獻(xiàn)1(甘永學(xué)，陳汴琨.短纖維與粉末混料的溶劑濕混法[J].材料工程，1991（1）：25)。為了將短切碳纖維均勻引入各種粉體中，眾多學(xué)者采用球磨機(jī)進(jìn)行球磨分散，事實(shí)上各個(gè)粉體在球磨過程機(jī)械損傷嚴(yán)重，短纖維會(huì)逐漸變小、細(xì)化，且失去原始形貌，這樣會(huì)嚴(yán)重影響銅基復(fù)合材料的力學(xué)性能，詳見對比文獻(xiàn)2（劉潤紅.石墨-銅基復(fù)合材料的制備與組織-性能研究[D].長春，長春工業(yè)大學(xué)）。另一方面，碳纖維在球磨后原始形貌會(huì)嚴(yán)重受損。如在對比文獻(xiàn)3（Laura Silvestroni, Daniele Dalle Fabbriche, Cesare Melandri Diletta Sciti,Relationships between carbon fiber type and interfacial domain in ZrB₂-basedceramacs, Journal of the European Ceramic Society, 36(2016): 17-24）中，碳纖維與ZrB₂一起進(jìn)行球磨混粉后碳纖維會(huì)呈現(xiàn)碎屑狀，其長度會(huì)嚴(yán)重降低。因此，采用球磨混料，均勻混合是實(shí)驗(yàn)參數(shù)（包括球料比、混料時(shí)間、轉(zhuǎn)速、球徑、球質(zhì)）和短切碳纖維的損壞之間的一種平衡。目前，尚不能實(shí)現(xiàn)既保證短切碳纖維均勻引入粉體中，又避免對混粉過程中各粉體和碳纖維造成損傷。

對比文獻(xiàn)4（專利，機(jī)械結(jié)合電磁攪拌制備短碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料方法。CN108588591A），給出了一種在金屬熔體中使用機(jī)械結(jié)攪拌結(jié)合電磁攪拌制備短碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料方法，其目的是解決液態(tài)機(jī)械攪拌法在金屬熔體內(nèi)部流場單一，碳纖維分布取向單一問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有短切碳纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料存在的短切碳纖維難以均勻混混合，以及短切碳纖維在混合過程中打結(jié)、纏繞的問題（如圖2所示），本發(fā)明提供一種短切碳纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種短切碳纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一、稱取除短切碳纖維以外的所有粉末原料，采用機(jī)械混合的方式對所述的粉末原料進(jìn)行混粉作業(yè)，制成復(fù)合材料粉體；

步驟二、將短切碳纖維進(jìn)行預(yù)處理；