铜碳复合材料及其制备方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种铜碳复合材料及其制备方法和装置，涉及材料制备的技术领域，包括：通过电沉积设备制备三维网状结构的多孔铜材料，其中，三维网状结构的多孔铜材料中包括多个孔，并且多个孔中任意两个孔的直径误差小于预设差值；在目标粉末中加入树脂材料，得到目标膏状物，其中，目标粉末中包含至少一种粉末；将目标膏状物在真空状态下注入至三维网状结构的多孔铜材料中，得到初始铜碳复合材料，并对初始铜碳复合材料进行固化处理；将固化处理之后的初始铜碳复合材料依次进行碳化、浸渍和复烧处理之后，得到目标铜碳复合材料，缓解了由于现有技术中制备的目标铜碳复合材料的机械性差而导致的可靠性较差的技术问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料制备的
，尤其是涉及一种铜碳复合材料及其制备方法和装置。
技术介绍
随着复合材料的快速发展，复合材料以其优越的性能被各个领域广泛的使用。例如，碳/铜复合材料就以其优越的导电、导热、减摩擦、抗磨损性能而被广泛地运用，其中，受电弓滑板就应用了碳/铜复合材料。受电弓滑板是电力机车十分重要的集电元件，随着我国电力机车高速化的不断发展，受电弓滑板对滑板材料的要求不断地提高，现有的滑板已不能满足电力机车对滑板的要求。现有的滑板通常有纯碳滑板、粉末冶金滑板、浸金属碳滑板以及碳纤维复合材料滑板。其中，浸金属碳滑板是将普通碳滑板在高温高压下浸渍液态金属而成。这就使得液态金属渗入到碳材料的孔隙中，然后，在碳基体中形成细密的金属网状结构，从而减小接触电阻，以提高滑板强度，并使碳基体增强润滑性，延长接触网导线的使用寿命。但是，在制作浸金属碳滑板的工艺中，首先使用石墨及碳材料混料成型烧结，然后，在高温高压下浸金属液体。由于该工艺生产工艺复杂，烧结后的碳材料中经常出现洞孔分布不均匀的现象，进而使得金属液无法均匀地浸入洞孔，造成其产品质量和技术指标表里不一，并且在使用时可靠性差。除了上述列举的几种滑板之外，现有技术中还提出了另一种铜碳受电弓复合材料的制备方法，该方法首先利用固气共晶定向凝固法方法制备规则式多孔铜合金或多孔纯铜,使其作为铜碳复合材料的基体骨架石墨粉与粘接剂混合均匀后在压力作用下均匀压入铜基规则孔内部,烧结后形成自润滑式铜碳型受电弓复合材料。但是，该方法存在两个致命缺陷：1)用固气共晶定向凝固法又称为Gasar工艺，制作的放射状的泡沫铜孔径大小不一，从外到里气孔孔径逐渐增大，孔密度减小造成铜碳复合材料组织结构不均匀，综合机械性能差；2)用有机树脂作为结合剂，树脂存在于组织结构中，当滑板和接触线网产生电弧时，高温使树脂软化炭化，磨损急及增大，滑板失效造成行车事故。针对现有技术中制备的铜碳复合材料的机械性差而导致的可靠性较差的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铜碳复合材料及其制备方法和装置，以缓解由于现有技术中制备的铜碳复合材料的机械性差而导致的可靠性较差的技术问题。本专利技术实施例的一个方面，提供了一种铜碳复合材料的制备方法，包括：通过电沉积设备制备三维网状结构的多孔铜材料，其中，所述三维网状结构的多孔铜材料中包括多个孔，并且多个孔中任意两个孔的直径误差小于预设差值；在目标粉末中加入树脂材料，得到目标膏状物，其中，所述目标粉末中包含至少一种粉末；将所述目标膏状物在真空状态下注入至所述三维网状结构的多孔铜材料中，得到初始铜碳复合材料，并对所述初始铜碳复合材料进行固化处理；将固化处理之后的所述初始铜碳复合材料依次进行碳化、浸渍和复烧处理之后，得到目标铜碳复合材料。进一步地，所述目标粉末包含以下至少之一：石墨粉、二硅化钼粉、锡粉、铅粉、石墨烯、短切碳纤维；所述树脂材料包括以下任一种：改性环氧树脂、改性酚醛树脂、聚芳基乙炔树脂、呋喃树脂。进一步地，所述石墨粉包括：天然石墨粉，或者，人造石墨粉，其中，所述石墨粉粒度为0.05～0.001毫米。进一步地，所述三维网状结构的多孔铜材料的孔隙度为10～40，所述三维网状结构的多孔铜材料的孔隙率为40％～95％，所述三维网状结构的多孔铜材料的孔隙尺寸为0.3～2.0毫米。进一步地，通过电沉积设备制备三维网状结构的多孔铜材料包括：以聚氨酯海绵为基体，通过铜材料对所述聚氨酯海绵依次进行前处理、化学镀、电沉积、烧结、还原热处理之后，得到所述三维网状结构的多孔铜材料，其中，所述电沉积的时间用于确定所述孔隙度、所述孔隙率、所述孔隙尺寸，所述铜材料包括纯铜材料或者铜合金。进一步地，将固化处理之后的所述初始铜碳复合材料料依次进行碳化、浸渍和复烧处理之后，得到目标铜碳复合材料包括：将所述初始铜碳复合材料在600～800℃下进行炭化，其中，碳化之后的所述三维网状结构的多孔铜材料中不包含所述树脂材料；将碳化之后的所述初始铜碳复合材料在真空中浸渍树脂；将浸渍树脂之后的所述初始铜碳复合材料进行至少一次复烧，得到所述目标铜碳复合材料，其中，所述复烧的温度区域间为600～800℃。本专利技术实施例的另一个方面，还提供了一种铜碳复合材料的制备装置，包括：制备单元，所述制备单元设置于电沉积设备中，用于制备三维网状结构的多孔铜材料，其中，所述三维网状结构的多孔铜材料中包括多个孔，并且多个孔中任意两个孔的直径误差小于预设差值；添加单元，用于在目标粉末中加入树脂材料，得到目标膏状物，其中，所述目标粉末中包含至少一种粉末；注入单元，用于将所述目标膏状物在真空状态下注入至所述三维网状结构的多孔铜材料中，得到初始铜碳复合材料，并对所述初始铜碳复合材料进行固化处理；处理单元，用于将固化处理之后的所述初始铜碳复合材料依次进行碳化、浸渍和复烧处理之后，得到目标铜碳复合材料。进一步地，所述目标粉末包含以下至少之一：石墨粉、二硅化钼粉、锡粉、铅粉、石墨烯、短切碳纤维；所述树脂材料包括以下任一种：改性环氧树脂、改性酚醛树脂、聚芳基乙炔树脂、呋喃树脂。进一步地，所述石墨粉包括以下任一种：天然石墨粉，或者，人造石墨粉，其中，所述石墨粉粒度为0.05～0.001毫米。本专利技术实施例的另一个方面，还提供了一种铜碳复合材料，其中，该铜碳复合材料采用上述任一项所述的制备方法进行制备。在本专利技术实施例中，首先通过电沉积设备制备具有均匀孔径的三维网状结构的多孔铜材料，然后，将目标粉末与树脂材料混合之后得到的膏状物在真空状态下注入至三维网状结构的多孔铜材料中，并对注入膏状物的三维网状结构的多孔铜材料依次进行固化，碳化，浸渍和复烧处理，得到复合铜材料。相对于现有技术中，采用本专利技术实施例中提供的方法得到的三维网状结构的多孔铜材料中孔洞的尺寸较为均匀，因此，本专利技术实施例中得到的多孔铜材料组织结构较为均为，机械性能较好，从而达到了提高铜碳复合材料的机械性能的目的，进而以缓解由于现有技术中制备的铜碳复合材料的机械性差而导致的可靠性较差的技术问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本专利技术实施例的一种铜碳复合材料的制备方法的流程图；图2是根据本专利技术实施例的一种可选的三维网状结构的多孔铜材料的示意图；图3是根据本专利技术实施例的一种可选地铜碳复合材料的制备方法的流程图；图4是根据本专利技术实施例的一种可选地制备三维网状结构的多孔铜材料的流程图；图5是根据本专利技术实施例的一种铜碳复合材料的制备装置的示意图；图6是根据本专利技术实施例的一种铜碳复合材料的示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括：通过电沉积设备制备三维网状结构的多孔铜材料，其中，所述三维网状结构的多孔铜材料中包括多个孔，并且所述多个孔中任意两个孔的直径误差小于预设差值；在目标粉末中加入树脂材料，得到目标膏状物，其中，所述目标粉末中包含至少一种粉末；将所述目标膏状物在真空状态下注入至所述三维网状结构的多孔铜材料中，得到初始铜碳复合材料，并对所述初始铜碳复合材料进行固化处理；将固化处理之后的所述初始铜碳复合材料依次进行碳化、浸渍和复烧处理之后，得到目标铜碳复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种铜碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括：通过电沉积设备制备三维网状结构的多孔铜材料，其中，所述三维网状结构的多孔铜材料中包括多个孔，并且所述多个孔中任意两个孔的直径误差小于预设差值；在目标粉末中加入树脂材料，得到目标膏状物，其中，所述目标粉末中包含至少一种粉末；将所述目标膏状物在真空状态下注入至所述三维网状结构的多孔铜材料中，得到初始铜碳复合材料，并对所述初始铜碳复合材料进行固化处理；将固化处理之后的所述初始铜碳复合材料依次进行碳化、浸渍和复烧处理之后，得到目标铜碳复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述目标粉末包含以下至少之一：石墨粉、二硅化钼粉、锡粉、铅粉、石墨烯、短切碳纤维；所述树脂材料包括以下任一种：改性环氧树脂、改性酚醛树脂、聚芳基乙炔树脂、呋喃树脂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述石墨粉包括：天然石墨粉，或者，人造石墨粉，其中，所述石墨粉粒度为0.05～0.001毫米。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三维网状结构的多孔铜材料的孔隙度为10～40，所述三维网状结构的多孔铜材料的孔隙率为40％～95％，所述三维网状结构的多孔铜材料的孔隙尺寸为0.3～2.0毫米。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，通过电沉积设备制备三维网状结构的多孔铜材料包括：以聚氨酯海绵为基体，通过铜材料对所述聚氨酯海绵依次进行前处理、化学镀、电沉积、烧结、还原热处理之后，得到所述三维网状结构的多孔铜材料，其中，所述电沉积的时间用于确定所述孔隙度、所述孔隙率、所述孔隙尺寸，所述铜材料包括纯铜材料或者铜合金。6.根据权利要求1至5中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁幼云，
申请(专利权)人：贵州木易精细陶瓷有限责任公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52