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一种/碳-复合材料的制备方法

阅读:658发布:2023-01-09

专利汇可以提供一种/碳-复合材料的制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种 碳 /碳- 铜 复合材料 的制备方法,包括以下步骤:将碳 纤维 预制体经化学气相渗透工艺制备得到C/C多孔体;用Ti粉浸渗在C/C多孔体表面制备得到多孔的Ti涂层;以Cu粉为熔渗剂,对含有多孔Ti涂层的C/C多孔体进行渗铜处理,得到碳/碳-铜复合材料。本发明工艺简单、操作方便,利用NH4F作为造孔剂, 氧 化 铝 作为助烧剂,先在C/C复合材料表面制备得到多孔的Ti涂层,为进一步熔融渗铜提供了良好的条件,避免了Cu-Ti 合金 直接浸渗过程中Ti元素以固溶或化合物的方式存在于Cu相中,对复合材料的导热、 导电性 能产生不利影响。本发明制备的碳/碳-铜复合材料具有低 密度 、高强度、低的 热膨胀 系数、良好的摩擦磨损特性、优良的导电性等优异的综合性能。,下面是一种/碳-复合材料的制备方法专利的具体信息内容。

1.一种/碳-复合材料的制备方法,其特征在于:其具体制备步骤如下:
1)采用炭纤维针刺毡作为预制体,经化学气相渗透工艺制备得到C/C多孔体;
2)将Ti粉和NH4F粉混合后再与粉末混合,Ti粉和NH4F粉占两者总量的质量分数分别为60~80%、20~40%,氧化铝粉与Ti粉和NH4F混合粉末的质量分数比为0.5~1;
3)将C/C多孔体包埋在上述混合粉末中,放入氧化铝坩埚内,将坩埚置于高温真空石墨化炉中并用惰性气氛保护,先在900~1200℃下保温3~5h,使混合粉末充分反应,之后随炉降温冷却,即得到含Ti涂层的C/C复合材料;
4)以纯铜粉为浸渍剂,在温度1100~1300℃下保温0.5~2h进行渗铜,然后随炉冷却至室温,得到C/C-Cu复合材料。
2.根据权利要求1所述的碳/碳-铜复合材料的制备方法,其特征在于:所述制备Ti涂层和渗Cu的升温速率为10℃/min。
3.根据权利要求1所述的碳/碳-铜复合材料的制备方法,其特征在于:所述氧化铝坩埚用溶胶密封。
4.根据权利要求1所述的碳/碳-铜复合材料的制备方法,其特征在于:所述浸渍剂纯铜粉的质量为C/C复合材料的1.2~1.5倍。
5.根据权利要求1所述的碳/碳-铜复合材料的制备方法,其特征在于:所述Cu粉与Ti粉的质量比为(8~10):1。

说明书全文

一种/碳-复合材料的制备方法

[0001] 技术领域:本发明涉及一种金属浸渗碳/碳复合材料的制备方法,特别是涉及一种碳/碳-铜复合材料的制备方法。
[0002] 背景技术:C/Cu复合材料是目前应用较广泛的一种滑动导电材料,其综合了炭材料优良的摩擦磨损性能和铜优良的导电性能。但由于Cu、C两相不润湿,因此二者界面结合较差,且由于石墨本身学性能的不足,石墨/Cu复合材料通常存在致密度偏低、导电和力学性能较差的问题。因此具有相互连通组织结构的C/C-Cu复合材料成为近年来该领域的研究热点,广泛应用于滑动电接触领域,如电机电刷、电力机车滑板及断开接触元件的电触头等。
[0003] 目前对于C/C-Cu复合材料的制备中的关键问题是解决Cu、C不润湿,主要制备方法包括模压法、金属融渗法和铜网改性法三种。模压法可以通过调整铜粉末的铜含量来调节材料的导电性能和导热性能,也可以对模压成型后的材料进行树脂浸渗和烧结处理以进一步提髙材料的致密性和机械性能。因此,模压法制备的复合材料具有优异的摩擦磨损性能、机械性能和导电性能,但其对设备的要求较髙,且模具的生产周期长,成本高。铜网改性制得的复合材料密度低、机械性能髙、导电性能良好、摩擦磨损性能好,但与界面结合状态有待进一步改善,成本有待进一步降低。铜或者铜合金浸渗法具有工艺简单、可实现复杂材料的一次性成型、适于产品的批量化生产,但也存在成本高周期长等问题。目前熔渗的关键是改善C相与铜相的润湿性,国内外一些研究通过加入Cu6Ti或者Cu、Ti合金来浸渗,发现添加适量的可以显著改善炭相与铜合金之间的界面润湿性,但是该方法存在一个问题,在最终制得的复合材料中合金元素会以固溶或化合物的方式存在于Cu相中,固溶原子或第二相的存在对Cu相的导热、导电性能存在不利影响。
[0004] 发明内容:本发明所要解决的技术问题是:提供一种碳/碳-铜复合材料的制备方法,具有工艺简单、易控制等优点,克服了现有技术中铜与碳界面润湿性较差的技术缺点。
[0005] 本发明为解决技术问题所采取的技术方案是:一种碳/碳-铜复合材料的制备方法,其具体制备步骤如下:
1)采用炭纤维针刺毡作为预制体,经化学气相渗透工艺制备得到C/C多孔体;
2)将Ti粉和NH4F粉混合后再与粉末混合,Ti粉和NH4F粉占两者总量的质量分数分别为60~80%、20~40%,氧化铝粉与Ti粉和NH4F混合粉末的质量分数比为0.5~1。
[0006] 3)将C/C多孔体包埋在上述混合粉末中,放入氧化铝坩埚内,将坩埚置于高温真空石墨化炉中并用惰性气氛保护,先在900~1200℃下保温3~5h,使混合粉末充分反应,之后随炉降温冷却,即得到含Ti涂层的C/C复合材料;4)以纯铜粉为浸渍剂,在温度1100~1300℃下保温0.5~2h进行渗铜,然后随炉冷却至室温,得到C/C-Cu复合材料。
[0007] 所述制备Ti涂层和渗Cu的升温速率为10℃/min。
[0008] 所述氧化铝坩埚用溶胶密封。
[0009] 所述浸渍剂纯铜粉的质量为C/C复合材料的1.2~1.5倍。
[0010] 所述Cu粉与Ti粉的质量比为(8~10):1。
[0011] 本发明提供了一种Cu浸渗含Ti涂层的碳/碳复合材料的制备方法,利用NH4F作为造孔剂,氧化铝作为助烧剂,先在C/C复合材料表面制备得到多空的Ti涂层,由于其与C具有良好的浸润性,为进一步熔融渗铜提供了良好的条件。与采用Cu/Ti合金和Cu粉、Ti粉一步法浸渗相比,克服了Ti元素以固溶或化合物的方式存在于Cu相中、固溶原子或第二相的存在对Cu相的导热、导电性能产生不利影响的缺点。本发明显著改善了铜与碳浸润性较差的缺陷,同时保证了复合材料的导电导热性能,从而制备得到性能优异的碳/碳-铜复合材料。
[0012] 具体实施方式:以下结合具体实施例,对本发明做进一步的解释和说明。应当认为,以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
[0013] 实施例1:一种碳/碳-铜复合材料的制备方法,其具体制备步骤如下:
采用炭纤维针刺毡作为预制体,经化学气相渗透工艺制备得到C/C多孔体;
将Ti粉和NH4F粉混合后再与氧化铝粉末混合,Ti粉和NH4F粉占两者总量的质量分数分别为80%、20%(Ti粉与Cu粉的质量比为9:1),氧化铝粉与Ti粉和NH4F粉混合粉末的质量分数比为1;
将C/C多孔体包埋与上述混合粉末中,放入氧化铝坩埚内;将坩埚置于高温真空石墨化炉中并用惰性气氛保护,先在1200℃下保温4h,使混合粉末充分反应,之后随炉降温冷却,即得到Ti涂层的C/C复合材料;
以纯铜粉为浸渍剂,在温度1250℃下保温2h进行渗铜,然后随炉冷却至室温,得到C/C-Cu复合材料(Cu粉的质量分数为C/C复合材料的1.5倍)。
[0014] 实施例2:一种碳/碳-铜复合材料的制备方法,其具体制备步骤如下:
采用炭纤维针刺毡作为预制体,经化学气相渗透工艺制备得到C/C多孔体;
将Ti粉和NH4F粉混合后再与氧化铝粉末混合,Ti粉和NH4F粉占两者总量的质量分数分别为70%、30%(Ti粉与Cu粉的质量比为10:1),氧化铝粉与Ti粉和NH4F混合粉末的质量分数比为0.8;
将C/C多孔体包埋与上述混合粉末中,放入氧化铝坩埚内;将坩埚置于高温真空石墨化炉中并用惰性气氛保护,先在1100℃下保温3h,使混合粉末充分反应,之后随炉降温冷却,即得到Ti涂层的C/C复合材料;
以纯铜粉为浸渍剂,在温度1200℃下保温1.5h进行渗铜,然后随炉冷却至室温,得到C/C-Cu复合材料(Cu粉的质量分数为C/C复合材料的1.4倍)。
[0015] 实施例3:一种碳/碳-铜复合材料的制备方法,其具体制备步骤如下:
采用炭纤维针刺毡作为预制体,经化学气相渗透工艺制备得到C/C多孔体;
将Ti粉和NH4F粉混合后再与氧化铝粉末混合,Ti粉和NH4F粉占两者总量的质量分数分别为60%、40%(Ti粉与Cu粉的质量比为8:1), 氧化铝粉与Ti粉和NH4F混合粉末的质量分数比为0.5;
将C/C多孔体包埋与上述混合粉末中,放入氧化铝坩埚内;将坩埚置于高温真空石墨化炉中并用惰性气氛保护,先在1000℃下保温2h,使混合粉末充分反应,之后随炉降温冷却,即得到Ti涂层的C/C复合材料;
以纯铜粉为浸渍剂,在温度1150℃下保温1h进行渗铜,然后随炉冷却至室温,得到C/C-Cu复合材料(Cu粉的质量分数为C/C复合材料的1.3倍)。
[0016] 以上所述,仅为本发明的较佳实施例,并非用以限定本发明的范围,本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰,皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
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