[发明专利]一种铜/碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高性能铜/碳复合材料及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：对碳材料依次进行除油处理、粗化处理，再加入高压反应釜中，然后加入强碳化物形成元素的氧化物，再通入过水氢气，进行反应，得到改性碳材料；将改性碳材料加入镀铜液中，然后再加入还原剂，进行反应，得到复合金属层镀覆的铜/碳复合材料前驱体；将前驱体进行烧结，得到高性能铜/碳复合材料。该方法利用高压反应釜制备包覆粉，具有操作简便、易于控制、成本低廉的特点，适合大规模工业化生产。该铜/碳复合材料具有优异的力学性能、电学性能及耐磨性能，其抗压强度≥120MPa，致密度≥96％，电阻率≤0.35uΩ.m，摩擦系数小于0.35。

技术领域

本发明属于复合材料及其制备技术领域，尤其涉及一种高性能铜/碳复合材料及其制备方法。

背景技术

铜/碳复合材料因具有高强度、高导电和导热，以及良好的耐蚀、自润滑性和抗熔焊等性能，是众多高技术领域所必须的关键材料，广泛应用于航空航天、电子信息、高速轨道交通等领域。目前，欧美发达国家在铜/碳复合材料研究与应用方面总体处于领先水平，他们研制的产品已广泛应用于高端电刷、高速列车及各种大功率、高转速、高温高压机组的工程部件等。我国从70年代开始对铜/碳复合材料开展研究并取得了可喜的成绩，研制的铜/金刚石(石墨、碳纤维)复合材料在电子封装、动密封、受电弓滑板、高档电刷等方面获得应用。但在铜/碳复合材料品种、性能、制备技术等方面与欧美发达国家存在一定差距。因此，研制高性能铜/碳复合材料是我国众多重点工程急需解决的问题。

影响铜/碳复合材料综合性能的主要因素是铜与碳之间的界面问题。由于铜与碳既不发生化学反应也不互溶或扩散，它们之间的结合主要依靠机械啮合方式实现，界面结合力非常弱，它极大程度上制约了铜/碳复合材料的应用。为了提高铜与碳的润湿性，因此急需探索出一种高性能的铜/碳复合材料的制备方法。

目前，改善铜与碳润湿性的方法主要有两大类：铜合金化和碳材料表面改性。铜合金化是将铜合金的粉末、碳材料和强碳化物形成元素混合，通过模压成型、烧结制备铜碳复合材料；这种复合材料的碳材料表面不能被碳化物完全均匀地包覆，从而导致复合材料内部微观结构均匀性差。碳材料表面改性是利用化学镀、盐浴镀、电镀、磁控溅射或溶胶凝胶法在碳材料表面镀覆一层能与碳发生化学反应或扩散或互溶的金属层。化学镀是通过溶液中适当的还原剂使金属离子在金属表面的自催化作用下进行还原的金属沉积过程，也叫无电解镀和自催化镀，运用化学镀法对碳材料表面进行改性，所得镀层的致密度不高。电镀、盐浴镀和磁控溅射不仅需要耗费大量能源，提高成本，而且不能在细微粉体表面均匀镀覆金属层，获得的镀层厚度不太均匀，且设备复杂，工艺成本高。溶胶凝胶法虽然可以获得均匀的镀层，但是在凝胶干燥和除杂过程中由于镀层内大量气体的逸出，易在镀层表面产生裂纹，破坏镀层的完整性。因此，亟需研究开发一种可以提高铜/碳复合材料的综合性能的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种工艺简单、成本低廉、可有效提高铜/碳复合材料综合性能的方法，同时提供由该方法制得的铜/碳复合材料。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高性能铜/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)对碳材料依次进行除油处理、粗化处理；

(2)将步骤(1)后的碳材料加入反应釜中，然后加入强碳化物形成元素的氧化物，再通入过水氢气，进行反应，反应过程中，氧化物和水反应生成易挥发的水合氢氧化物，然后再被氢气还原成强碳化物形成元素原子，并在碳材料表面沉积，得到改性碳材料；

(3)将步骤(2)后的改性碳材料加入镀铜液中，然后再加入还原剂，进行反应，得到复合金属层镀覆的铜/碳复合材料前驱体；