[发明专利]一种连续碳纤维增强铜基复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种连续碳纤维增强铜基复合材料的制备方法，采用在连续碳纤维的表面通过有机凝胶粘附固化铜粉的方法，可控制碳纤维表面的粘附铜层的厚度，从而控制热压烧结后复合材料中碳纤维的含量与间距，使得碳纤维在铜基体中平行分布，并且能够制备出高碳纤维含量的铜基复合材料。该制备方法省去了工艺复杂的碳纤维表面镀铜工艺，成本极低、易操作、能够实现产业化生产，且通过本发明提供的制备方法得到的碳纤维增强铜基复合材料的导电性能和强度均明显优于现有浸渗法制备的碳纤维增强铜基复合材料，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，尤其涉及一种连续碳纤维增强铜基复合材料的制备方法。

背景技术

碳纤维增强铜基复合材料综合了碳纤维的高比强度、比模量、低热膨胀系数等特点，在保证了铜的导电性的前提下，还具备了高强度、高导热性、耐磨性、抗烧蚀性和抗熔焊性等优点，已被广泛应用于电子元件材料、电接触材料及耐磨器件等领域。碳纤维增强铜基复合材料具有很好的可设计性，通过控制碳纤维的含量与分布能够制备出电学与力学性能兼顾的铜基复合材料。碳纤维的含量和排布方式对碳纤维增强铜基复合材料的电学和磨损性能有较大的影响，研究发现连续碳纤维单向分布的复合材料，沿纤维方向具有最高的导电率和耐磨损性能。目前，连续碳纤维增强铜基复合材料的制备工艺中多采用液相浸渗法，即高温下用铜的溶液压力浸渗经过镀铜的碳纤维预制骨架制备铜基复合材料。这种方法存在着碳纤维含量及间距难以控制，浸渗过程中易造成碳纤维偏聚，纤维与纤维界面直接大量接触成为裂纹源，使用过程中裂纹迅速扩展造成低应力脆断的问题。如何通过控制碳纤维的含量和排布方式制备出高强度、高导电性及高耐磨性的碳纤维增强铜基复合材料一直是研究的热点。

发明内容

针对现有碳纤维增强铜基复合材料存在碳纤维含量和间距难以控制及制备过程中碳纤维易偏聚的问题，本发明提供一种连续碳纤维增强铜基复合材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种连续碳纤维增强铜基复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一、取碳纤维束，浸入浓硫酸中10～20min，取出冲洗表面残酸至中性，分散为碳纤维单丝；取50～200根所述碳纤维单丝为一簇，平行排列2簇以上，并将各簇所述碳纤维单丝两端限位，得预浸体；

步骤二、将所述预浸体浸入有机粘附剂中5～10s，取出，将粘附有机粘附剂的预浸体在钛粉中反复振动，得碳纤维单丝表面均匀粘附钛粉的初浸料，将所述初浸料上的有机粘附剂固化，得碳纤维初级料；

步骤三、将所述碳纤维初级料再次浸入所述有机粘附剂中5～10s，取出，然后在铜粉中反复振动，得碳纤维单丝表面均匀粘附铜粉的次浸料，再将所述次浸料上的有机粘附剂固化，得碳纤维次级料；

步骤四、重复步骤三，粘附多层铜粉，得直径为0.5～1mm的碳纤维复合料；

步骤五、在真空热压烧结炉的热压模具中平行放入多层所述碳纤维复合料，真空热压烧结，得碳纤维增强铜基复合材料。

相对于现有技术，本发明提供的连续碳纤维增强铜基复合材料的制备方法，采用在连续碳纤维的表面粘附固化多层铜粉的方法，可控制碳纤维表面的粘附铜层的厚度，从而控制热压烧结后复合材料中碳纤维的含量与间距，使得碳纤维在铜基体中的含量与分布达到最佳，避免碳纤维的偏聚，并且能够制备出高碳纤维含量的铜基复合材料。本发明制备所提供的制备方法还在碳纤维表面粘附钛层作为铜与碳纤维的过渡层，改善了铜与碳纤维的润湿性，该制备方法省去了工艺复杂的碳纤维表面镀铜工艺，成本极低、易操作、能够实现产业化生产，且通过本发明提供的制备方法得到的碳纤维增强铜基复合材料的导电性能和强度均明显优于现有浸渗法制备的碳纤维增强铜基复合材料，具有广阔的应用前景。

可选的，步骤一中，将所述碳纤维束经高速气流吹散，再经梳齿状工具梳理得所述碳纤维单丝。