[发明专利]一种炭/炭/铜复合材料及其生产工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用于高导电性和耐磨性领域中材料，具体地说是一种炭/炭/铜复合材料及其生产工艺。

背景技术：

炭纤维-铜基复合材料由于综合了铜的良好导电、导热性及炭纤维的高比强度、比模量、低热膨胀系数及良好的润滑性，具备了较高的强度、良好的传导性、减磨耐磨性、耐蚀性、耐电弧烧蚀性和抗熔焊性等一系列优点，已被广泛应用于电子元件材料、滑动材料、触头材料，集成电路散热板及耐磨器件等领域，是一类很有发展前途的新型功能材料。目前，制备炭纤维-铜基复合材料主要采用以下几种工艺：粉末冶金法、热压法、挤压铸造法等。粉末冶金法制备炭纤维-铜基复合材料，存在生产效率低、生产工艺复杂等不足，一般只适用于纤维含量较低的短纤维-铜基复合材料；热压法相对粉末冶金法，对纤维损伤小，制得的材料性能较佳，但设备昂贵，成本高，不易批量生产，在工业上较难推广；挤压铸造法制备炭纤维-铜基复合材料是一种有效方法，工艺参数易于控制，性能稳定，制备成本低，合理控制工艺参数可以制备出高性能的复合材料，但在获得良好制备性能的复合材料方面还存在很多不足，挤压铸造过程易产生几大缺陷：纤维体积含量难以控制，易造成炭纤维的偏聚；高压作用下，造成很大的应力集中，纤维与纤维界面脆性接触，裂纹易迅速扩展造成低应力破坏。

发明内容：

本发明的目的是提供一种生产工艺易控制，产品均质性好，具有优良综合性能的炭/炭/铜复合材料及其生产工艺。

本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，将短炭纤维通过无纺技术制备成网胎，将长纤维通过纺织技术制备成炭布，然后通过针刺技术将两者复合成预制件(复合时根据工艺需要加入铜粉或铜合金粉)，再经过化学气相沉积(渗透)和/或浸渍等技术，或采用随后的真空压力渗铜技术，使不同形态的碳、铜或铜合金复合成一体而制成炭/炭/铜复合材料。

一种炭/炭/铜复合材料，以重量100％计，炭/炭复合材料与铜或铜合金的重量比为15～75∶85～25。

所述的炭/炭/铜复合材料增密后表观密度为1.3g/cm³～6.2g/cm³，电阻率为1μΩm～26μΩm，肖式硬度为40～85，抗弯强度为35MPa～150MPa。

其生产工艺，包括以下步骤：

(1)开松成网：按配比选取6mm～70mm长的短炭纤维，经开松设备开松成蓬松的单根状纤维，然后把开松好的炭纤维经气流成网和/或梳理成网，再利用铺网机铺成纤维网，预刺成网胎，所述网胎的面密度为50g/m²～100g/m²；

(2)叠层针刺复合：把经步骤(1)所得的网胎平铺在工作台上，将按配比选取的铜粉或铜合金粉均匀撒于网胎上，然后铺层炭布，再在炭布上面铺层网胎，通过针刺，包裹固定铜粉或铜合金粉，如此重复制成所需要求的炭/炭/铜复合材料预制件，所述炭布的面密度为200g/m²～300g/m²；

(3)增密：将步骤(2)所得的预制件增密成炭/炭/铜复合材料。

本发明的步骤(2)还可以为把经步骤(1)所得的网胎平铺在工作台上，将按配比选取的铜粉或铜合金粉均匀撒于网胎上，再铺层网胎，通过针刺，包裹固定铜粉或铜合金粉，如此重复制成所需要求的炭/炭/铜复合材料预制件。

本发明在步骤(2)中，针刺工艺为针刺深度7～15mm；针刺密度3～10次/cm²。

本发明的另一种生产工艺还可以采用以下步骤：

(1)开松成网：按配比选取6mm～70mm长的短炭纤维，经开松设备开松成蓬松的单根状纤维，然后把开松好的炭纤维经气流成网和/或梳理成网，再利用铺网机铺成纤维网，预刺成网胎，所述网胎的面密度为50g/m²～100g/m²；

(2)叠层针刺复合：把经步骤(1)所得的网胎平铺在工作台上，在其上面铺层炭布，然后再铺层网胎，通过针刺使其复合，如此重复制成所需要求的炭/炭复合材料预制件，所述炭布的面密度为200g/m²～300g/m²；

(3)增密：将步骤(2)所得的预制件增密成所需密度和孔隙度的坯体；

(4)渗铜：将步骤(3)所得坯体和按配比选取的铜或铜合金放入真空熔炼炉中，使铜或铜合金液渗入坯体之中制成炭/炭/铜复合材料。