[发明专利]一种鳞片石墨原位反应包覆碳化铬的方法

说明书

一种高导热钛材用鳞片石墨原位反应包覆碳化铬的方法，属于金属基复合材料领域。将一定比例的铬粉末直接混入铜粉末中，然后与鳞片石墨混合均匀，经真空热压烧结后得到鳞片石墨/碳化铬/铜复合材料。之后通过化学溶液浸泡将铜全部溶解后得到表面包覆碳化铬层的鳞片石墨。将该表面包覆碳化铬层的鳞片石墨作为钛基复合材料增强体时，可有效阻止钛基体与石墨在界面处的过度反应而产生的过厚碳化钛层，进而减小界面热阻，提高材料整体热导率。同时，由于铬与碳在界面处发生原位反应，即碳化铬与石墨之间为化学冶金结合，结合强度高。最终在鳞片石墨表面包覆的碳化铬层具有厚度可控且与碳材料结合强度高等优势，是制备高导热钛基复合材料理想的增强体材料。

技术领域

本发明属于金属基复合材料研究领域，发明了一种高导热钛材用鳞片石墨原位反应包覆碳化铬的方法。

背景技术

钛基复合材料因其高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀性等优点被广泛关注。但为适应现代高技术发展的需求，对材料的服役性能要求提高。对于钛基复合材料来说，较低的热导率限制了其应用范围。鳞片石墨具有优异的高导热性能，在石墨基面方向上能展现高效的导热性质，理论导热高达2000W/(m·k)，比金属铜、铝更高。同时，鳞片石墨易切削加工，充分满足工程化应用要求，且密度较低，符合当前设备器件轻量化的发展需求，因此是制备高导热钛基复合材料理想的增强体材料。但钛作为强碳化物形成元素，在与鳞片石墨界面处易生成过厚的碳化钛反应层。根据复合材料热导模型可知，过厚的反应层将严重影响整体热导率。因此，本发明通过在鳞片石墨表面包覆一层碳化铬层，可有效阻止钛基体与石墨的过度反应，从而提高钛基复合材料的热导率。

目前，常见的镀覆技术主要有盐浴镀、磁控溅射镀覆技术等，对于盐浴镀技术来说，该方法的单次镀覆能力高、比较经济适用，但是此方法后续将物料与残渣分离较为困难；磁控溅射镀层厚度不易控制，容易出现漏镀，且镀层与碳材料之间只是物理附着，易出现剥落现象而影响使用，因此，方便准确的控制镀层厚度、在鳞片石墨表面包覆均匀并且结合强度高对于钛基复合材料增强热导性能来说十分关键。

发明内容

本发明的目的是在鳞片石墨表面原位反应包覆碳化铬，作为钛基复合材料增强体来提高材料导热性能。

一种高导热钛材用鳞片石墨原位反应包覆碳化铬的方法，其特征在于：具体步骤为：

(1)将一定比例的Cu粉末与Cr粉末通过球磨的方式混合均匀，其中，Cu粉末粒度为45-50um；Cr粉末粒度为15-20um，Cr粉末的质量占比根据最终所包覆层碳化铬的厚度确定；碳化铬厚度为0.1-2um时，Cr在混合粉末中的质量占比为1％-6％。

(2)将混合后的粉末在无水乙醇作用下与鳞片石墨混合均匀得到最终混合料，其中，Cu和Cr的混合粉末与鳞片石墨体积比控制在(40-50)％：(50-60)％；

(3)将混合料装模预压成坯体，并真空干燥；

(4)将干燥后的坯体真空热压烧结得到鳞片石墨/碳化铬/铜复合材料；加入的Cr粉末经烧结后可固溶到Cu液中，然后与石墨反应生成碳化铬包覆在鳞片石墨表面。

(5)将制备的复合材料通过硝酸溶液浸泡直至将铜全部溶解，用无水乙醇清洗掉硝酸溶液，干燥后得到表面包覆一定厚度碳化铬的鳞片石墨。

进一步地，步骤(1)所述Cu粉末与Cr粉末球磨方式是要在氩气保护下，采用球料比为10：1，球磨速度为300r/min，球磨时间为60min。

进一步地，步骤(2)所述混合后的粉末与鳞片石墨的混合方式是通过机械搅拌的方式混合，Cu和Cr的混合粉末与鳞片石墨体积比控制在50-60％；混合时在混合粉末中加入的无水乙醇占粉末体积的10％，将Cu和Cr的混合粉末均匀粘附在鳞片石墨的表面上。