[发明专利]一种短切碳纤维增强铜基复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种利用粉末冶金法制备短切碳纤维增强铜基复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、采用机械混合的方法将除短切碳纤维外的粉末混合均匀；步骤2、把短切碳纤维预处理后在酒精中进行超声波震荡分散，使碳纤维均匀分散于酒精中；步骤3、将步骤2中混合均匀后的粉末加入步骤1中的酒精中，并施以持续搅拌；随后将上述混合物加热并同时持续搅拌直至酒精蒸干，得到短切碳纤维均匀分散于混粉中的混料；步骤4、将上述含有短切碳纤维的混粉采用粉末冶金工艺制备成短切碳纤维增强铜基复合材料。本发明解决了目前短切碳纤维增强铜基复合材料的团聚、偏析问题。

技术领域

本发明属于粉末冶金法制备铜基复合材料技术，特别涉及一种短切碳纤维增强铜基复合材料的制备方法。

背景技术

碳纤维增强铜基复合材料结合了铜基复合材料与碳纤维各自优异的性能具有良好的摩擦磨损性能，导电导热性能，具有高比强度、比模量，低热膨胀性能。但是，碳纤维与铜粉密度相差较大（约4.5倍）在混粉时容易产生偏析现象，短切碳纤维在混粉过程中，经过震动、摩擦会相互缠绕、打结，呈现球状、絮状偏析（如图1所示），因此，常规的混粉方式难以将短切碳纤维均匀混入混粉中。碳纤维在基体中偏析团聚不仅无法发挥其优异的力学性能，还会在基体中造成空隙、裂纹，使得复合材料的综合性能下降。如何解决固体混合过程中碳纤维在基体中的偏析、团聚现象，实现短切碳纤维在基体中的均匀分布，是制备高性能短切碳纤维增强铜基复合材料关键因素。

甘永学以甘油为分散剂，乙醇作稀释剂，通过机械搅拌法，制备了碳纤维增强铜基复合材料，其均匀性优于传统混料方法。但是，传统机械搅拌只是从宏观上对液体进行混合，难以实现原料的充分均匀混合，制备的材料仍存在疏松、空洞等问题，详见对比文献1(甘永学，陈汴琨.短纤维与粉末混料的溶剂湿混法[J].材料工程，1991（1）：25)。为了将短切碳纤维均匀引入各种粉体中，众多学者采用球磨机进行球磨分散，事实上各个粉体在球磨过程机械损伤严重，短纤维会逐渐变小、细化，且失去原始形貌，这样会严重影响铜基复合材料的力学性能，详见对比文献2（刘润红.石墨-铜基复合材料的制备与组织-性能研究[D].长春，长春工业大学）。另一方面，碳纤维在球磨后原始形貌会严重受损。如在对比文献3（Laura Silvestroni, Daniele Dalle Fabbriche, Cesare Melandri Diletta Sciti,Relationships between carbon fiber type and interfacial domain in ZrB₂-basedceramacs, Journal of the European Ceramic Society, 36(2016): 17-24）中，碳纤维与ZrB₂一起进行球磨混粉后碳纤维会呈现碎屑状，其长度会严重降低。因此，采用球磨混料，均匀混合是实验参数（包括球料比、混料时间、转速、球径、球质）和短切碳纤维的损坏之间的一种平衡。目前，尚不能实现既保证短切碳纤维均匀引入粉体中，又避免对混粉过程中各粉体和碳纤维造成损伤。

对比文献4（专利，机械结合电磁搅拌制备短碳纤维增强金属基复合材料方法。CN108588591A），给出了一种在金属熔体中使用机械结搅拌结合电磁搅拌制备短碳纤维增强金属基复合材料方法，其目的是解决液态机械搅拌法在金属熔体内部流场单一，碳纤维分布取向单一问题。

发明内容

针对现有短切碳纤维增强铜基复合材料存在的短切碳纤维难以均匀混混合，以及短切碳纤维在混合过程中打结、缠绕的问题（如图2所示），本发明提供一种短切碳纤维增强铜基复合材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种短切碳纤维增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、称取除短切碳纤维以外的所有粉末原料，采用机械混合的方式对所述的粉末原料进行混粉作业，制成复合材料粉体；

步骤二、将短切碳纤维进行预处理；