[发明专利]一种碳/碳-铜复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种碳/碳‑铜复合材料的制备方法，包括以下步骤：将碳纤维预制体经化学气相渗透工艺制备得到C/C多孔体；用Ti粉浸渗在C/C多孔体表面制备得到多孔的Ti涂层；以Cu粉为熔渗剂，对含有多孔Ti涂层的C/C多孔体进行渗铜处理，得到碳/碳‑铜复合材料。本发明工艺简单、操作方便，利用NH₄F作为造孔剂，氧化铝作为助烧剂，先在C/C复合材料表面制备得到多孔的Ti涂层，为进一步熔融渗铜提供了良好的条件，避免了Cu‑Ti合金直接浸渗过程中Ti元素以固溶或化合物的方式存在于Cu相中，对复合材料的导热、导电性能产生不利影响。本发明制备的碳/碳‑铜复合材料具有低密度、高强度、低的热膨胀系数、良好的摩擦磨损特性、优良的导电性等优异的综合性能。

技术领域：

本发明涉及一种金属浸渗碳/碳复合材料的制备方法，特别是涉及一种碳/碳-铜复合材料的制备方法。

背景技术：

C/Cu复合材料是目前应用较广泛的一种滑动导电材料，其综合了炭材料优良的摩擦磨损性能和铜优良的导电性能。但由于Cu、C两相不润湿，因此二者界面结合较差，且由于石墨本身力学性能的不足，石墨/Cu复合材料通常存在致密度偏低、导电和力学性能较差的问题。因此具有相互连通组织结构的C/C-Cu复合材料成为近年来该领域的研究热点，广泛应用于滑动电接触领域，如电机电刷、电力机车滑板及断开接触元件的电触头等。

目前对于C/C-Cu复合材料的制备中的关键问题是解决Cu、C不润湿，主要制备方法包括模压法、金属融渗法和铜网改性法三种。模压法可以通过调整镀铜粉末的铜含量来调节材料的导电性能和导热性能，也可以对模压成型后的材料进行树脂浸渗和烧结处理以进一步提髙材料的致密性和机械性能。因此，模压法制备的复合材料具有优异的摩擦磨损性能、机械性能和导电性能，但其对设备的要求较髙，且模具的生产周期长，成本高。铜网改性制得的复合材料密度低、机械性能髙、导电性能良好、摩擦磨损性能好，但与界面结合状态有待进一步改善，成本有待进一步降低。铜或者铜合金浸渗法具有工艺简单、可实现复杂材料的一次性成型、适于产品的批量化生产，但也存在成本高周期长等问题。目前熔渗的关键是改善C相与铜相的润湿性，国内外一些研究通过加入Cu₆Ti或者Cu、Ti合金来浸渗，发现添加适量的可以显著改善炭相与铜合金之间的界面润湿性，但是该方法存在一个问题，在最终制得的复合材料中合金元素会以固溶或化合物的方式存在于Cu相中，固溶原子或第二相的存在对Cu相的导热、导电性能存在不利影响。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种碳/碳-铜复合材料的制备方法，具有工艺简单、易控制等优点，克服了现有技术中铜与碳界面润湿性较差的技术缺点。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：

一种碳/碳-铜复合材料的制备方法，其具体制备步骤如下：

1）采用炭纤维针刺毡作为预制体，经化学气相渗透工艺制备得到C/C多孔体；

2）将Ti粉和NH₄F粉混合后再与氧化铝粉末混合，Ti粉和NH₄F粉占两者总量的质量分数分别为60～80%、20～40%，氧化铝粉与Ti粉和NH₄F混合粉末的质量分数比为0.5～1。

3）将C/C多孔体包埋在上述混合粉末中，放入氧化铝坩埚内，将坩埚置于

高温真空石墨化炉中并用惰性气氛保护，先在900～1200℃下保温3～5h，使混合粉末充分反应，之后随炉降温冷却，即得到含Ti涂层的C/C复合材料；

4）以纯铜粉为浸渍剂，在温度1100～1300℃下保温0.5～2h进行渗铜，然后随炉冷却至室温，得到C/C-Cu复合材料。

所述制备Ti涂层和渗Cu的升温速率为10℃/min。

所述氧化铝坩埚用硅溶胶密封。