[发明专利]一种铜碳复合材料原位反应制备方法

说明书

一种铜碳复合材料原位反应制备方法。该方法选用核壳结构的铜粉与碳粉混合得到混合粉末，在高温下热压烧结制备碳铜复合材料。本发明采用具有核壳结构的Cu‑Cu₂O与石墨粉进行混合，在高温热压烧结过程中Cu₂O与石墨之间发生原位氧化还原反应，实现铜与石墨之间的牢固结合，最大限度降低两相界面对材料电导率的影响，并大幅提高复合材料的机械性能。相比于采用铜粉和碳粉直接混合烧结后所得的铜碳复合材料，本专利制得的铜碳复合材料致密度提高2％‑6％，抗压强度提高20‑60％。本方法工艺比较简单，制备的碳铜复合材料基体与碳两相分部均匀且结合较好，具有优异的电学、力学性能和摩擦磨损性能。

技术领域

本发明公开了一种碳铜复合材料原位反应制备方法。属于粉末冶金技术领域。

背景技术

铜碳复合材料具有导电导热性能好、摩擦系数小、磨损率低等优点，是一种新型的功能材料，已应用于电接触材料、摩擦材料、含油轴承、机械零部件材料领域。

铜碳复合材料的主要制备方法包括以下三种：机械合金法、粉末冶金法、液相浸渍法。由于石墨与铜密度相差巨大，故用机械合金法很难制备得分散均匀的复合粉末，同时，机械合金化过程中碳倾向于附着于金属颗粒表面，使得后续烧结过程中金属与金属相之间无法直接接触，材料的综合性能难以得到提高。常规的粉末冶金法将铜粉和石墨粉直接混合烧结制坯，然而产品致密度不高，铜与碳之间的结合强度不高。液相浸渍法可以制备大尺寸铜碳复合材料，但是由于铜与碳的热膨胀系数相差太大，且两者浸润角非常大，熔渗后冷却过程中容易出现两者结合不牢、产生孔洞等缺陷。

CN 104894424B公布了一种自润滑的铜碳受电弓复合材料的制备方法，其采用Gasar多孔铜为前驱，将粘结剂与石墨的混合物压入其内，并通过压铸和烧结的工艺制备铜碳复合材料，但碳含量及材料性能受到多孔铜前躯体孔隙率和强度的限制；CN 102694329A公布了一种将碳材料、粘接剂以及镀铜碳材料混合压制再烧结的工艺，粘接剂的加入虽然可以帮助材料成型，但是会极大的影响材料的导电性能以及摩擦性能，使得材料电阻率高、易碎、润滑性差。CN 105880284A公布了一种高导电性铜碳复合材料的制备方法，其在铜板上均匀铺上石墨粉，然后进行反复轧制工艺制备复合材料，这种方法制造的材料导电性好，但碳含量一般较高。

发明内容

本发明针对现有铜碳复合材料的不足之处，通过氧化还原反应及真空热压烧结方法制备铜碳复合材料，可大幅改善基体与碳之间的亲和性，获得综合性能优良的铜碳复合材料。

本发明提供一种高性能铜碳复合材料及其制备方法。

本发明一种铜碳复合材料原位反应制备方法，包括下述步骤：

第一步：混料

选用核壳结构的铜粉与碳粉混合均匀得到混合粉末；所述核壳结构的铜粉是指心部为纯铜、表面为氧化亚铜的核壳结构铜粉；

第二步：真空热压烧结

将第一步所得的混合粉末冷压成型后装入真空热压机模具，抽真空至10^-3Pa以上，升温至450-550℃，对压坯施加20-50MPa压力，保温至少1h后再升温至850-950℃，保压至少0.5h，随炉冷至室温。

本发明一种铜碳复合材料原位反应制备方法，，核壳结构的铜粉的粒径范围为30-300μm，优选为50-100μm，碳粉的粒径范围为25-300μm，优选为30-80μm，且石墨粉与铜粉的粒径比控制在0.5-1之间，混合粉末中石墨粉所占的质量比≥11.1％。

本发明一种铜碳复合材料原位反应制备方法，碳粉选自人造石墨、鳞片石墨、碳纤维中的一种。

本发明一种铜碳复合材料原位反应制备方法，核壳结构的铜粉与碳粉混合采用V形搅拌机或球磨机，搅拌或球磨时添加占混合粉末质量1.0％-1.5％的酒精。