[发明专利]一种改性膨胀石墨-石墨/铜复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用少量氧化改性后再镀铜改性的膨胀石墨代替石墨，制备出改性膨胀石墨‑石墨/铜复合材料的方法。复合材料的制备方法是称取少量改性后的膨胀石墨、石墨粉及电解铜粉混合均匀后，再进行压制、烧结得到。本发明制备的改性膨胀石墨‑石墨/铜复合材料导电性能优良，摩擦磨损性能优异，具有更小的摩擦系数，磨损率更低。改性膨胀石墨的加入使得复合材料具有优异的导电性能，更加优良的摩擦磨损性能。且制备方法简单，成本较低，是一种发展前景很好的电接触材料。

技术领域

本发明属于电接触材料技术领域，具体涉及一种改性膨胀石墨-石墨/铜复合材料及其制备方法。

技术背景

石墨/铜复合材料因兼具铜优良的导热、导电性能，石墨优异的润滑性能而广泛应用于轨道交通、电子电工等电接触材料领域。但由于石墨与铜润湿性差，即使在高温条件下其润湿角也超过140°，热膨胀系数差别大，导致两者之间结合强度低，在复合材料中只能通过机械互锁作用进行结合，在循环应力下容易在两相结合处产生裂纹并沿石墨相或两相结合处延伸，导致严重的疲劳磨损。在高铜相复合材料中，因石墨含量较低，不能充分发挥其润滑作用，导致复合材料摩擦系数较大，磨损率较高。

目前，有大量研究通过在石墨表面镀铜再进行粉末冶金压制烧结的方法来改善石墨/铜界面结合，但是石墨表面镀铜，同样由于铜与石墨润湿性差的问题，很难获得均匀、与石墨结合性强的石墨镀铜层，因此无法从本质上改善石墨/铜界面强合状况。

专利CN102694329A公布了一种将石墨、粘结剂以及镀铜碳材料混合压制再烧结的工艺，粘结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，造成磨损率高。

专利CN16424713A为了改善铜与石墨的界面问题，先在石墨表面镀镍，再进行镀覆铜，可以提高铜碳复合材料的润湿性，改善界面，但是镍的加入同样将影响材料的导电性能，同时将使得工艺更加繁琐，制备成本增加。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种导电性能好、摩擦系数小、磨损率低的改性膨胀石墨-石墨/铜复合材料及其制备方法。本发明所提供的制备方法工艺简单、参数易控，成本低。

本发明一种改性膨胀石墨-石墨/铜复合材料，所述复合材料按质量百分比计包括下述组分：改性膨胀石墨0.5～5％；石墨粉5％～39.5％，铜粉60％～90％，所述改性膨胀石墨由膨胀石墨经氧化处理、表面镀铜获得。

本发明首创的采用改性膨胀石墨取代等量石墨，膨胀石墨本身就具有极佳的润湿性，且膨胀石墨层间距大，层间结合力弱，在摩擦过程中容易在应力作用下发生层间脱落并平铺于摩擦表面形成完整的摩擦层，从而降低材料的摩擦系数。膨胀石墨通过氧化改性，表面镀铜有效的改善了石墨相与铜相之间的结合作用，同时蠕虫状、大粒径的改性膨胀石墨有助于在复合材料中形成更完整的三维网络铜结构。使所得复合材料具有优异的摩擦磨损性能。

发明人发现，改性膨胀石墨的加入量对于复合材料的性能具有很大的影响，改性膨胀石墨的加入量过少，起不到改善石墨相与铜相的结合作为，而改性膨胀石墨的加入时过大，同样会造成复合材料的性能大幅下降。

优选的方案，所述复合材料按质量百分比计包括下述组分：改性膨胀石墨0.5～5％；石墨粉15％～29.5％，铜粉70％～80％。

作为进一步的优选方案，所述复合材料按质量百分比计包括下述组分：改性膨胀石墨0.5～2％；石墨粉18％～29.5％，铜粉70％～80％。

发明人发现，当改性膨胀石墨的在复合材料中的含量控制为0.5～2％时，所得复合材料具有优异的摩擦磨损性能。

作为更进一步的优选方案，所述复合材料按质量百分比计包括下述组分：改性膨胀石墨1～2％；石墨粉18％～19％，铜粉80％。

优选的方案，所述膨胀石墨的直径为50～150μm，长度为300～1000μm。