[发明专利]一种碳化钛增强钛包覆石墨粉末的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化钛增强钛包覆石墨粉末的制备方法，采用多弧离子镀真空物理气相沉积技术在石墨粉末表面获得纯钛镀层；同时在镀钛过程中钛镀层表面原位生长碳化钛纳米颗粒。相较于其他镀钛工艺，例如盐浴镀钛工艺，本技术镀覆钛镀层纯度高，操作工艺简便，生产效率高，生产量大；而且能在镀钛处理过程中原位生成弥散在镀层中的碳化钛纳米颗粒，提高了石墨粉末的强度；还可以在后续复合材料制备以及其他功能材料生产中极大发挥和提高石墨的减摩性和耐磨性，增加后续产品的服役寿命和使用性能。

技术领域

本发明属于石墨自润滑复合材料和粉末冶金制备技术领域，具体涉及一种碳化钛增强钛包覆石墨粉末的制备方法。

背景技术

石墨由于其优异的摩擦学性能、电学性能和热学性能，通过多年的研究已成为各个领域的热门材料，目前已经得到广泛的使用，在未来的众多领域仍具有有着巨大的应用潜力。由于石墨的优良性能，广大科研人员把石墨作为增强体或者润滑相加入到基体材料中，制备复合材料，从而改善和提高了材料性能。但由于石墨化学性质稳定，不与基体材料发生反应，且极易发生团聚，使得石墨在基体中的均匀分散带来了困难，同时由于石墨与大多数基体材料之间的润湿性较差，导致界面结合的作用力也比较弱。采用石墨表面金属化工艺，可以有效改善以上问题。但是，由于工艺限制，目前为止只有少量实验室及公司可以制备金属改性石墨粉末。因此，实现改性石墨粉末材料的工业化制备及其商业应用仍面临巨大挑战。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种碳化钛增强钛包覆石墨粉末的制备方法，采用多弧离子镀真空物理气相沉积技术，在石墨表面镀覆的纯度高钛镀层，同时在镀覆过程中原位生成碳化钛纳米颗粒，增强了石墨粉末强度。

本发明采用以下技术方案：

一种碳化钛增强钛包覆石墨粉末的制备方法，对石墨粉末进行预处理，然后通过多弧离子镀工艺进行第一次镀钛处理；对镀覆后的粉末进行过筛处理后进行通过多弧离子镀工艺进行第二次镀钛处理，制备获得碳化钛增强钛包覆石墨粉末。

具体的，预处理具体为：

利用浓度15～20wt.％的NaOH溶液洗涤石墨粉末，再用蒸馏水将石墨粉末冲洗至中性，然后蒸发干燥；最后将干燥后的石墨粉末均匀平铺待用。

进一步的，蒸发干燥的温度为90～120℃，时间为1～2小时。

进一步的，石墨粉末平铺厚度为1～2mm，铺设面积小于等于20cm²。

具体的，第一次镀钛处理的镀覆时间为15～20分钟，镀覆气氛为氩气，气氛压强为2.5～3.5×10^-1Pa，镀覆温度为240～260℃，占空比55～65％，偏压25～35V，靶材为纯钛靶材的镀钛处理，处理完后进行过筛处理待用。

具体的，过筛处理采用100～200目的金属筛网，通过振筛机筛粉处理10～20分钟。

具体的，石墨粉末的粒径为20～40μm，粒度为325～625目，纯度为97.5～99.5％。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种碳化钛增强钛包覆石墨粉末的制备方法，采用多弧离子镀真空物理气相沉积技术在石墨粉末表面获得纯钛镀层；同时在镀覆过程中镀层表面原位生长碳化钛纳米颗粒。相较于其他镀钛工艺，例如盐浴镀钛工艺，本技术镀覆钛镀层纯度高，操作工艺简便，生产效率高，生产量大；而且能在镀钛过程中原位生成弥散在钛镀层里的碳化钛纳米颗粒，提高了石墨粉末的强度；还可以在后续复合材料制备以及其他功能材料生产中极大发挥和提高石墨的减摩性和耐磨性，增加后续产品的服役寿命和使用性能。

进一步的，通过洗涤干燥可以有效去除石墨粉末表面污染物与氧化物，使钛镀层在石墨表面更加有效沉积。