CN101844923A

CN101844923A - 汽车油泵用转向器石墨板及其制备方法

Info

Publication number: CN101844923A
Application number: CN 201010179725
Authority: CN
Inventors: 乔英杰; 刘爱东; 崔新芳
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2010-05-24
Filing date: 2010-05-24
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2030-05-24
Also published as: CN101844923B

Abstract

本发明提供的是一种汽车油泵用转向器石墨板及其制备方法。由重量比为纳米石墨粉40-45％、酚醛5-6％、沥青10-15％、石油胶余量，并加入固化剂、B₄C催化剂后充分混合，形成均匀的混合物之后热压烧结、石墨化形成石墨块；将石墨块加工成规定尺寸后，将石墨块与相应尺寸的Cu片通过扩散焊结合而形成汽车油泵用转向器石墨板。本发明的汽车油泵用转向器石墨板，具有良好的机械性能及较高的电导率；本发明的制备方法石墨片合成工序简单，生产周期短；石墨片与Cu结合牢固。

Description

汽车油泵用转向器石墨板及其制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种石墨复合材料，具体地说是一种汽车油泵用转向器石墨板。本发明还涉及一种石墨复合材料的制备方法。

背景技术

生产石墨电极的工艺流程的几个主要生产工序有煅烧，破碎、筛分及配料，混捏，成型，焙烧，浸渍，石墨化。其中为了得到高密度及高强度的坯料，浸渍需要重复进行2～3次，造成生产周期的延长，普通功率石墨电极的生产周期为45天左右，超高功率石墨电极的生产周期需70天以上而需要多次浸渍的接头生产周期更长，加大了能源的消耗，因此有必要研究新的工艺，在获得良好致密度及强度的同时减少工序，缩短生产周期，降低能源消耗。

由于石墨材质属于非金属中导热特性最接近金属，但是石墨的共价键结构使其类似于陶瓷表面，一般金属材料均不容易与其附着。现有的石墨板与铜合金的结合利用环氧树脂作为结合的粘着剂，但当热源自石墨板传导至导热体时，环氧树脂的热阻绝特性使得导热路径受阻，同时环氧树脂高温热循环后热裂解会造成石墨板与铜合金脱离，而失去功能，也有的研究者利用Fe、Cr、以及Sn作为石墨与金属间的粘合材料，用机械加工方式在底部钻孔，利用电铸方式于石墨表面镀初亲石墨金属层，石墨底部形成立体镶嵌结构，通过高温回焊炉使石墨与金属结合，但这种方法工艺复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好的机械性能及较高的电导率的汽车油泵用转向器石墨板。本发明的目的还在于提供一种合成工序简单，生产周期短，石墨片与Cu结合牢固的汽车油泵用转向器石墨板的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的汽车油泵用转向器石墨板是重量比为纳米石墨粉40-45％、酚醛5-6％、沥青10-15％、石油胶余量，并加入固化剂、B₄C催化剂后充分混合，形成均匀的混合物之后热压烧结、石墨化形成石墨块；将石墨块加工成规定尺寸后，将石墨块与相应尺寸的Cu片通过扩散焊结合而形成的石墨铜复合板。

本发明的汽车油泵用转向器石墨板的制备方法为：

按照重量比为纳米石墨粉40-45％、酚醛5-6％、沥青10-15％、石油胶余量进行混配后，并加入固化剂、B₄C催化剂后充分混合，使粉末完全分散，形成均匀的混合物之后热压烧结、石墨化得到石墨块；将石墨块加工成规定尺寸，最后将石墨块与相应尺寸的Cu片通过扩散焊结合。

所述的热压烧结是在30℃/h的升温速率，1000℃热压烧结2小时。

所述的石墨化是在N₂气流保护下，2300℃进行石墨化，保温时间为4小时。

所述的扩散焊结合是石墨块、Cu片分别在丙酮和甲醇液中进行超声波清理，用高纯N₂吹干后装入在超高真空扩散机上，对Cu表面采用1.5KeV轰击25分钟，对石墨片表面采用3keV轰击25分钟；在表面蒸镀室，在与Cu连接的石墨块表面蒸镀一层200～260nm的Cr膜作中间层；之后，移至焊接室进行装配定位；扩散焊接规范系数为：焊接温度900℃、保温时间120分钟、压力9MPa。

传统制备石墨工序复杂，为了得到高密度及高强度的坯料，需要重复浸渍、焙烧的过程。生产周期长，能耗大。真空热压烧结高致密度的材料，降低孔隙率，因此本发明创新的尝试用真空热压烧结混合料。

Cu与石墨片的连接在工业应用中具有重要的意义。由于石墨材质属于非金属中导热特性最接近金属，但石墨的共价键结构类似于陶瓷表面，一般金属材料均不容易与其附着，须依赖与碳元素形成反应的金属在高温范围内进行扩散焊接结合.石墨表面因为温度升高产生游离的碳素与Cr产生碳化物。Cr与碳形成碳化物Cr₂₃C₆为不锈钢粒间腐蚀，碳化铬形成温度在800℃。

Cu-Cr二元合金是一种属于铜合金系列的特殊合金，具有高的机械性能和导电和导热性能，再结晶温度较高，因而耐热性能良好。焊接过程中Cr在元素界面的扩散，形成Cu-Cr合金的过渡层。

本发明的构想是创新性的利用真空热压烧结来取代传统工艺中的重复焙烧、浸渍工艺，来获得高密度、高机械强度的石墨块。再通过将石墨片与Cu通过扩散焊方式结合作为一种汽车油泵用转向器石墨板。

本发明以石墨粉、酚醛、沥青、石油焦为原料，在高混机上混合，使粉末完全分散，形成均匀的混合物之后热压烧结、石墨化。将石墨块加工成规定尺寸，最后将石墨板与相应尺寸的Cu片通过扩散焊结合。得到的汽车油泵用转向器石墨板，具有良好的机械性能及较高的电导率；本发明的石墨片合成工序简单，生产周期短；石墨片与Cu结合牢固。

附图说明

图1是本发明的制备流程图；

图2的表1是本发明的汽车油泵用转向器石墨板的技术指标。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细地描述：

结合图1.以石墨粉、酚醛、沥青、石油焦为原料，在高混机上混合，使粉末完全分散，形成均匀的混合物之后热压烧结、石墨化。将石墨块加工成规定尺寸，最后将石墨板与相应尺寸的Cu片通过扩散焊结合。

前述的原料按纳米石墨粉40wt.％，酚醛5wt.％，沥青10％.wt％，石油胶45wt.％，并加入固化剂，B₄C催化剂等充分混合，形成均匀的混合物。

前述的热压烧结在30℃/h的升温速率，1000℃热压烧结2h。

前述的石墨化在N₂气流保护下，2300℃进行石墨化，保温时间为4h。

前述的石墨片试样尺寸为Φ＝21mm，内径为Φ＝7.2mm，厚h＝3.2mm。

前述的Cu片的尺寸为Φ＝21mm，内径为Φ＝7.2mm，厚h＝1.5mm。

前述的扩散焊结合为石墨片、Cu片分别在丙酮和甲醇液中进行超声波清理，用高纯N₂吹干后装入在超高真空扩散机上，对Cu表面采用1.5KeV轰击25min，对石墨片表面采用3keV轰击25min。在表面蒸镀室，在与Cu连接的石墨片表面蒸镀一层200～260nm的Cr膜作中间层。之后，试样移至焊接室进行装配定位。扩散焊接规范系数为：焊接温度900℃，保温时间120min，压力9MPa。

表1给出了本发明的汽车油泵用转向器石墨板的技术指标。

Claims

1.一种汽车油泵用转向器石墨板，其特征是：是重量比为纳米石墨粉40-45％、酚醛5-6％、沥青10-15％、石油胶余量，并加入固化剂、B₄C催化剂后充分混合，形成均匀的混合物之后热压烧结、石墨化形成石墨块；将石墨块加工成规定尺寸后，将石墨块与相应尺寸的Cu片通过扩散焊结合而形成的石墨铜复合板。

2.一种汽车油泵用转向器石墨板的制备方法，其特征是：按照重量比为纳米石墨粉40-45％、酚醛5-6％、沥青10-15％、石油胶余量进行混配后，并加入固化剂、B₄C催化剂后充分混合，使粉末完全分散，形成均匀的混合物之后热压烧结、石墨化得到石墨块；将石墨块加工成规定尺寸，最后将石墨块与相应尺寸的Cu片通过扩散焊结合。

3.根据权利要求2所述的汽车油泵用转向器石墨板的制备方法，其特征是：所述的热压烧结是在30℃/h的升温速率，1000℃热压烧结2小时。

4.根据权利要求2或3所述的汽车油泵用转向器石墨板的制备方法，其特征是：所述的石墨化是在N₂气流保护下，2300℃进行石墨化，保温时间为4小时。

5.根据权利要求2或3所述的汽车油泵用转向器石墨板的制备方法，其特征是：所述的扩散焊结合是石墨块、Cu片分别在丙酮和甲醇液中进行超声波清理，用高纯N₂吹干后装入在超高真空扩散机上，对Cu表面采用1.5KeV轰击25分钟，对石墨片表面采用3keV轰击25分钟；在表面蒸镀室，在与Cu连接的石墨块表面蒸镀一层200～260nm的Cr膜作中间层；之后，移至焊接室进行装配定位；扩散焊接规范系数为：焊接温度900℃、保温时间120分钟、压力9MPa。

6.根据权利要求4所述的汽车油泵用转向器石墨板的制备方法，其特征是：所述的扩散焊结合是石墨块、Cu片分别在丙酮和甲醇液中进行超声波清理，用高纯N₂吹干后装入在超高真空扩散机上，对Cu表面采用1.5KeV轰击25分钟，对石墨片表面采用3keV轰击25分钟；在表面蒸镀室，在与Cu连接的石墨块表面蒸镀一层200～260nm的Cr膜作中间层；之后，移至焊接室进行装配定位；扩散焊接规范系数为：焊接温度900℃、保温时间120分钟、压力9MPa。