CN107604198B - 一种Cu-Mo混合浸渗制备C/C-Cu复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于碳/碳复合材料领域，公开一种Cu‑Mo混合浸渗制备C/C‑Cu复合材料的方法。采用碳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Mo粉和Cu粉混合后，在N2保护下研磨均匀；将C/C多孔体包埋于混合粉末中，在真空或惰性气氛保护下进行热处理，先在900~1100℃下保温1~2h，继而在1100~1300℃下保温0.5~2h，之后自然降温冷却；取出石墨坩埚内所得坯体，即得C/C‑Cu复合材料。本发明通过添加Mo元素改善现有技术中铜与碳界面润湿性较差等缺点，具有工艺简单、易控制等优点。
Description
技术领域
本发明属于金属浸渗碳/碳复合材料领域，具体涉及一种Cu-Mo混合浸渗制备C/C-Cu复合材料的方法。
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合金优良的导电性能。但由于Cu、C两相不润湿，因此二者界面结合较差，且由于石墨本身力学性能的不足，C/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。
目前对于C/C-Cu复合材料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、金属熔渗法和铜网改性法三种。模压法可以通过调整镀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高，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，发现适量的添加可以显著改善炭相与铜合金之间的界面润湿性，但由于合金元素与C相反生成脆性很大的TiC，不利于复合材料综合性能的发挥。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种Cu-Mo混合浸渗制备C/C-Cu复合材料的方法，通过添加Mo元素改善现有技术中铜与碳界面润湿性较差等缺点，具有工艺简单、易控制等优点。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种Cu-Mo混合浸渗制备C/C-Cu复合材料的方法，步骤如下：
（1）、采用碳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Mo粉和Cu粉混合后，在N2保护下研磨均匀；
（3）、将步骤（1）所得C/C多孔体包埋于步骤（2）所得混合粉末中，在真空或惰性气氛保护下进行热处理，先在900~1100℃下保温1~2h，继而在1100~1300℃下保温0.5~2h，之后自然降温冷却；
（4）、取出石墨坩埚内所得坯体，即得C/C-Cu复合材料。
较好地，步骤（1）中，C/C多孔体的密度为1.0~1.4g/cm3。
较好地，步骤（2）中，所述Cu粉与Mo粉的质量比为（8~10）∶1，所述Cu粉的质量为C/C多孔体的1.2~1.5倍。
较好地，步骤（2）中，所述研磨的方式为在高能球磨机中研磨。
较好地，步骤（3）中，将步骤（1）所得C/C多孔体包埋于步骤（2）所得混合粉末中，一同置于石墨坩埚内，再将石墨坩埚置于高温石墨化炉中在惰性气氛保护下进行热处理。
较好地，步骤（3）中，热处理的升温速率为5~10℃/min。
本发明提供一种Cu-Mo混合浸渗制备C/C-Cu复合材料的方法。本发明通过添加Mo元素来改善铜与碳界面润湿性较差的缺点，Cu粉和Mo粉在真空熔渗过程中，Mo先与C/C多孔体反应得到碳化钼，继续升温过程中熔融Cu能够自发地渗入具有碳化钼涂层的C/C多孔体中。与传统的采用Cu粉、Ti粉浸渗相比，防止了脆性相TiC的生成，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。本发明中生成的碳化钼很好地改善了铜与C的界面润湿性差的问题，从而实现了熔融Cu对低密度多孔C/C坯体的渗透，得到致密性良好的碳/碳-铜复合材料。
附图说明
图1：实施例1制备的C/C-Cu复合材料的显微组织图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，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。
实施例1
一种Cu-Mo混合浸渗制备C/C-Cu复合材料的方法，步骤如下：
（1）、采用碳纤维针刺毡作为预制体，经化学气相渗透工艺制备得到密度为1.1g/cm3的C/C多孔体；
（2）、将Mo粉和Cu粉混合后，在N2保护下在高能球磨机中球磨24h；所述Cu粉与Mo粉的质量比为10∶1，所述Cu粉的质量为C/C多孔体的1.5倍；
（3）、将步骤（1）所得C/C多孔体包埋于步骤（2）所得混合粉末中，放入石墨坩埚内；将石墨坩埚置于高温石墨化炉中在惰性气氛保护下进行热处理，进行熔渗Cu反应，升温速率为5℃/min，先在1000℃下保温2h，继而在1250℃下保温2h，之后随炉降温冷却；
（4）、取出石墨坩埚内所得坯体，即得C/C-Cu复合材料。
本实施例制得的C/C-Cu复合材料的密度为3.9g/cm3，显微组织图见图1，图中灰色相为C/C，白色相为Cu，实现了熔融Cu对低密度多孔C/C坯体的渗透。
实施例2
一种Cu-Mo混合浸渗制备C/C-Cu复合材料的方法，步骤如下：
（1）、采用碳纤维针刺毡作为预制体，经化学气相渗透工艺制备得到密度为1.3g/cm3的C/C多孔体；
（2）、将Mo粉和Cu粉混合后，在N2保护下在高能球磨机中球磨16h；所述Cu粉与Mo粉的质量比为9∶1，所述Cu粉的质量为C/C多孔体的1.4倍；
（3）、将步骤（1）所得C/C多孔体包埋于步骤（2）所得混合粉末中，放入石墨坩埚内；将石墨坩埚置于高温石墨化炉中在惰性气氛保护下进行热处理，进行熔渗Cu反应，升温速率为10℃/min，先在1100℃下保温1.5h，继而在1200℃下保温1.5h，之后随炉降温冷却；
（4）、取出石墨坩埚内所得坯体，即得C/C-Cu复合材料。
本实施例制得的C/C-Cu复合材料的密度为3.6g/cm3。
实施例3
一种Cu-Mo混合浸渗制备C/C-Cu复合材料的方法，步骤如下：
（1）、采用碳纤维针刺毡作为预制体，经化学气相渗透工艺制备得到密度为1.4g/cm3的C/C多孔体；
（2）、将Mo粉和Cu粉混合后，在N2保护下在高能球磨机中球磨12h；所述Cu粉与Mo粉的质量比为8∶1，所述Cu粉的质量为C/C多孔体的1.3倍；
（3）、将步骤（1）所得C/C多孔体包埋于步骤（2）所得混合粉末中，放入石墨坩埚内；将石墨坩埚置于高温石墨化炉中在惰性气氛保护下进行热处理，进行熔渗Cu反应，升温速率为10℃/min，先在900℃下保温1h，继而在1300℃下保温1h，之后随炉降温冷却；
（4）、取出石墨坩埚内所得坯体，即得C/C-Cu复合材料。
本实施例制得的C/C-Cu复合材料的密度为3.2g/cm3。
Claims (3)
1.一种Cu-Mo混合浸渗制备C/C-Cu复合材料的方法，其特征在于，步骤如下：
（1）、采用碳纤维针刺毡作为预制体，经化学气相渗透工艺制备得到密度为1.1g/cm3的C/C多孔体；
（2）、将Mo粉和Cu粉混合后，在N2保护下研磨均匀；所述Cu粉与Mo粉的质量比为10∶1，所述Cu粉的质量为C/C多孔体的1.5倍；
（3）、将步骤（1）所得C/C多孔体包埋于步骤（2）所得混合粉末中，在真空或惰性气氛保护下进行热处理，升温速率为5℃/min，先在1000℃下保温2h，继而在1250℃下保温2h，之后自然降温冷却；
（4）、取出石墨坩埚内所得坯体，即得C/C-Cu复合材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述研磨的方式为在高能球磨机中研磨。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，将步骤（1）所得C/C多孔体包埋于步骤（2）所得混合粉末中，一同置于石墨坩埚内，再将石墨坩埚置于高温石墨化炉中在真空或者惰性气氛保护下进行热处理。
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Denomination of invention: A method for preparing C / C-Cu composites by Cu Mo mixed infiltration Effective date of registration: 20211018 Granted publication date: 20190426 Pledgee: Henan Gongyi Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: GONGYI VAN-RESEARCH YIHUI COMPOSITE MATERIAL Co.,Ltd. Registration number: Y2021980010894 |
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Date of cancellation: 20220214 Granted publication date: 20190426 Pledgee: Henan Gongyi Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: GONGYI VAN-RESEARCH YIHUI COMPOSITE MATERIAL Co.,Ltd. Registration number: Y2021980010894 |
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