[发明专利]碳纤维均匀镀铜工艺

说明书

本发明涉及一种在碳纤维表面镀覆铜的工艺。

碳纤维增强铜基（C/Cu）复合材料以其优越的导电导热性能以及良好的耐磨耐热性能和较高的强度，成为一种很有前途的电子材料、耐磨材料和高温结构材料。例如，利用C/Cu复合材料的低热膨胀系数和导电导热等特点，可制造半导体元件;利用碳纤维的自润滑、抗电弧侵蚀、防熔焊等性能，C/Cu复合材料还适合做大电流条件下使用的触头、大规模集中电路的基板、电刷以及电车上的导电滑履、要求抗磨损性能好的精密齿轮、自润滑轴承、计算机上使用的高速打印机用部件等，C/Cu复合材料显示出广泛的应用前景。

由于铜的熔点高，碳纤维和铜的润湿性又不好，因而很难采用液相浸润法制备C/Cu复合材料，而较多地采用电沉积的制备方法，这主要是由于电沉积法的操作温度低、对纤维损伤小、工艺设备简单、成本低，有利于在民用工业中推广应用。但由于碳纤维很细（直径6～8μm），该方法难以保证每束纤维（1000～6000根）电沉积均匀。

为了提高碳纤维镀铜均匀性，提高镀铜效率，降低镀铜成本，特提出本发明。

本发明的关键在于在镀铜前预镀一层较氢活泼的金属层，利用该预镀金属层在镀铜过程中，和镀液中的H⁺反应放出氢气，以促使碳纤维充分散开，保证镀铜的均匀性。

本发明的主要工艺过程如下：

1.碳纤维表面脱胶：脱胶在大气条件下，炉温400～500℃，保温30～60分钟;

2.碳纤维预镀金属：在碳纤维表面预镀一层较氢活泼的金属如铁、锌等，涂覆方法可采用电镀、化学镀或其它涂履金属的方法。由于此工序只是作为镀铜前的辅助工序，要求镀层很薄，一般要小于0.1μm，以尽量减少预镀金属对镀铜液的损耗，并保证预镀金属层在镀铜的过程中完全被置换。对预镀金属层表面质量无很高要求，但应防止“结饼”，尽量使预镀金属镀入纤维内部，以保证镀铜时纤维的充分散开。

3.碳纤维均匀镀铜：碳纤维均匀镀铜可采用电镀或化学镀方法。如电镀方法是将预镀金属后的碳纤维过蒸馏水清洗，然后进入镀槽镀铜。电镀液的主要成分为：

CuSO₄·5H₂O: 50～300g/l; H₂SO₄: 10～300g/l;

Cl^-: 0～300g/l; SH-110: 0～0.02g/l;

OP-21: 0～0.8g/l; 电流密度: 0.5～3.5A/dm²;

镀槽阳极采用磷铜板，溶液需搅拌，添加剂（SH-110、OP-21）要少加勤加，定时补充。由于碳纤维已预镀了一层金属（铁或锌等），进入镀槽后有反应（以预镀铁为例）：

由于有少量气体产生，能使碳纤维充分散开，从而实现均匀镀铜。如发现镀液中产生“铜粉”（Cu₂O）或镀层粗糙、产生毛刺，可加入适量的30%双氧水使一价铜还原成二价铜;如发现气体产生太少，应适当加入H₂SO₄以补充H⁺。

4.镀层钝化：钝化液成份为，重铬酸钾10～100g/l，钝化时间10～60分钟。

附图说明：

图1：镀铜后碳纤维断口截面SEM图，放大5000倍;

图2：经热压后C/Cu复合材料组织形貌图，放大1500倍;

图3：经热压后C/Cu复合材料断口形貌图，放大1000倍。

镀铜碳纤维主要应用于两方面：一方面用以直接制备C/Cu复合材料，工艺简单、成本低廉;另一方面由于金属铜和碳纤维不发生任何反应，碳纤维均匀镀铜可实现碳纤维的表面改性，可用以制作C/Al、C/Mg等复合材料，阻止金属基体和碳纤维之间的反应。

实施例：