[发明专利]一种Cu-B/C复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种Cu‑B/C复合材料及其制备方法。该方法包括以下步骤：对碳材料依次进行除油、粗化、敏化、活化；将活化后的碳材料加入Cu‑B镀液中，用碱液调节pH值，然后加入还原剂A，搅拌直至溶液澄清，之后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到Cu‑B包覆碳材料；将Cu‑B包覆碳材料加入铜镀液中，用碱液调节pH值，然后加入还原剂B，搅拌直至溶液澄清，之后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到Cu‑B/C复合材料前驱体；将前驱体进行烧结，得到Cu‑B/C复合材料。由该方法制得的Cu‑B/C复合材料具有致密度高、导电导热性能高、力学性能好以及耐腐蚀耐磨性能优异的特点，具有较高的户外服役性能。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种Cu-B/C复合材料及其制备方法。

背景技术

Cu/C复合材料是一种有着广泛应用前景的金属基复合材料，在摩擦材料、自润滑轴承、电接触材料和密封材料等领域发挥着重要作用。由于这些材料特殊的工作环境，需要其具备良好的摩擦性能、导电导热性能、力学性能以及耐腐蚀性能。目前，通常采用液相浸渍法和粉末冶金法制备Cu/C复合材料，但是由于Cu和C的润湿性差，以及热膨胀特性相差很大，导致两者间的结合性差，制得的Cu/C复合材料的力学性能较差；另外，在制备Cu/C复合材料的过程中，碳材料容易出现团聚现象，造成碳材料在复合材料中分散不均匀的现象，在一定程度上影响复合材料的导电导热性能、力学性能和摩擦性能。因此，亟需研究开发一种可以提高Cu/C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Cu-B/C复合材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种Cu-B/C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、粗化、敏化、活化；

(2)将步骤(1)活化后的碳材料加入Cu-B镀液中，用碱液调节pH值，然后缓慢加入还原剂A，搅拌直至溶液澄清，之后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到Cu-B包覆碳材料；

(3)将步骤(2)后的Cu-B包覆碳材料加入铜镀液中，用碱液调节pH值，然后缓慢加入还原剂B，搅拌直至溶液澄清，之后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到Cu-B/C复合材料前驱体；

(4)将步骤(3)后的Cu-B/C复合材料前驱体进行烧结，得到Cu-B/C复合材料。

本发明的制备方法，通过化学镀的方式在碳材料的表面镀覆均匀的Cu/B复合镀层，利用B-Cu体系固溶度极低(B在Cu中极限固溶度为0.53wt％)，以及硼元素具有类金属的特性，引入对Cu/C复合材料的导电性能影响极小的B元素，使B以间隙形式或置换方式存在于铜基体中，起到较为明显的合金净化及晶粒细化的作用。通过引入少量B至铜碳复合材料中，可明显提高其强度、硬度，改善其导电导热性、耐腐蚀磨损及耐冲蚀能力。在后续烧结过程中，引入的硼元素和碳元素相互间反应，能够形成一定量的B₄C，可以较大程度地提升复合材料的力学性能。

上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，Cu-B镀液中含有主盐、络合剂和稳定剂，主盐为CuSO₄·5H₂O，络合剂为KNaC₄H₄O₆·₄H₂O和EDTA的混合物，稳定剂为H₃BO₃；以Cu-B镀液的体积计，主盐的浓度为10-30g/L，络合剂的浓度为30-36g/L，KNaC₄H₄O₆·4H₂O和EDTA的质量比为1:1-4:5，稳定剂的浓度为20-80g/L。