夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料，由1～20wt.％的硬质颗粒、5～30wt.％的夹金属铜鳞片石墨以及余量的铜粉成型后经热压烧结后制备得到的；其中，硬质颗粒选自SiC颗粒、B

Copper matrix composite reinforced by metallic copper flake graphite and its preparation and Application

The invention discloses a copper matrix composite reinforced by metallic copper flake graphite, which is prepared by hot pressing sintering after forming 1-20wt.% hard particles, 5-30wt.% metallic copper flake graphite and residual copper powder; wherein, the hard particles are selected from SiC particles and B particles

【技术实现步骤摘要】
夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及复合材料制备
，具体涉及一种夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料，其制备方法以及应用。
技术介绍
铜基复合材料具有良好的可加工性、优异的摩擦学性能和良好的导热性而被广泛用作于摩擦材料。铜基复合材料中经常加入硬质颗粒起到第二相强化作用，硬质颗粒的加入可以有效提高复合材料的耐磨性和摩擦系数。然而，硬质颗粒的加入容易造成导致磨损表面的损伤，同时硬质颗粒容易从铜基体中脱落造成磨粒磨损。为了克服这一问题，铜基复合材料中常常添加固体润滑剂来稳定摩擦副，并通过在副表面形成润滑传递层来减少摩擦副的粘着接触。在固体润滑剂中，石墨具有优异的润滑性、高的导热性、抗阻尼性和高温稳定性，因此石墨是铜基复合材料中最常见的固体润滑剂。然而，大量文献报道，铜与石墨间较弱的界面结合力会造成摩擦磨损过程中石墨从基体中拔出从而起不到其润滑作用。石墨表面金属化是一种改善石墨与铜基体界面结合的有效途径。然而，在先前的研究中所使用到的表面金属化石墨主要是球型石墨，石墨粉，或者石墨纤维等尺寸较小的石墨。而关于大尺寸鳞片石墨与铜(直径>200μm)基体之间的文献鲜有报道。相较于其它类型石墨，大尺寸鳞片石墨具有密度低、价格低廉、比表面积小，沿水平方向导热系数高等优点而被用在高速重载荷条件下工作的摩擦材料中，如汽车、高铁列车、风车和航空航天等制动用摩擦材料。此外，研究表明，大尺寸颗粒表面金属化并不能像小尺寸颗粒表面金属化一样有效的提高界面结合强度。
技术实现思路
为了提高鳞片石墨与铜基体的界面强度，增加铜基复合材料的力学及耐摩擦磨损性能，本专利技术提供一种夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料及其制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料，由1～20wt.％的硬质颗粒、5～30wt.％的夹金属铜鳞片石墨以及余量的铜粉成型后经热压烧结后制备得到的；其中，所述硬质颗粒选自SiC颗粒、B4C颗粒、TiC颗粒、A12O3颗粒、SiO2颗粒、Si3N4颗粒和AlN颗粒中的一种或两种以上；所述夹金属铜鳞片石墨的制备方法为：将分层鳞片石墨依次进行敏化和活化处理，使得鳞片石墨的表面及层间吸附一层还原性胶体，并在所述还原性胶体上形成形核位点；以及采用化学镀的方法在所述分层鳞片石墨的表面及层间镀金属铜层，即得到所述夹金属铜鳞片石墨。进一步地，所述硬质颗粒的尺寸为600nm～300μm，更进一步地，所述硬质颗粒的尺寸为10～20μm。进一步地，所述铜粉选自雾化铜粉、电解铜粉、氧化铜粉、紫铜粉、青铜粉和黄铜粉中的一种或两种以上。进一步地，所述铜粉的尺寸为1～45μm。进一步地，所述夹金属铜鳞片石墨的尺寸为100～300μm。进一步地，所述分层鳞片石墨是经如下步骤制备而成的：将天然鳞片石墨与混合酸、插层剂混合均匀，于35～40℃下搅拌反应1～2h；反应结束后，将所述天然鳞片石墨水洗、过滤后干燥，于300～400℃下保温1～2min，得到所述分层鳞片石墨。进一步地，所述天然鳞片石墨的尺寸为100～300μm。进一步地，所述混合酸由高氯酸和磷酸混合而成，两者的体积比为3～6:0.5～1.5；所述插层剂为高锰酸钾。进一步地，所述混合酸、高锰酸钾和天然鳞片石墨的含量比为(3.5～7.5ml):(0.2～0.6g):(3～5g)。本专利技术中，活化是为了让鳞片石墨表面吸附一层金属Pd，Pd是一种很强的催化活性金属，在化学镀金属镀层过程中，金属镀层将会以Pd为中心形核并长大，从而使化学镀过程得以顺利进行；金属Pd的吸附是依靠敏化处理后的碳纤维表面吸附的Sn(OH)Cl胶体将Pd2+还原所得。进一步地，敏化溶液的配方为：SnCl2，20g/L；37wt％的HCl，40mL/L；剩余为去离子水；活化溶液的配方为：PdCl2，0.2g/L；37wt％的HCl，5mL/L；剩余为去离子水。进一步地，化学镀Cu溶液的配方为：五水硫酸铜，14～18g/L；乙二胺四乙酸二钠，20～30g/L；酒石酸钾钠，15～25g/L；甲醛溶液，12～16mL/L；其余为去离子水；pH调节剂为50wt.％的NaOH溶液，调节溶液pH值为13.5～14；化学镀Cu温度为35～45℃。进一步地，还包括将化学镀后得到的夹金属层鳞片石墨于醇溶液中清洗、干燥的步骤。本专利技术还提供了所述的夹金属铜鳞片石墨增强铜基材料的一种制备方法，包括以下步骤：取配方量的硬质颗粒、夹金属铜鳞片石墨和铜粉，加入0.2～0.5wt.％的混料剂，混合均匀，得复合粉末；将所述复合粉末冷压成型，冷压的压力为450～550MPa，保压时间为30～60s；以及将冷压成型后的坯体进行热压烧结，先升温至380～420℃，保温2～2.5h，使混料剂完全挥发；再升温至880～920℃，保温1～1.5h，即得到所述夹金属铜鳞片石墨增强铜基材料；其中炉内真空度为10-2Pa，压力为2～3Mpa，升温速率为15～20℃/min。本专利技术还提供了所述的夹金属铜鳞片石墨增强铜基材料在摩擦材料中的应用。本专利技术的有益效果：相较于传统的直接加入鳞片石墨和镀铜鳞片石墨，本专利技术所使用的夹金属铜鳞片石墨可以大大的提高鳞片石墨与铜基体之间的结合强度，并大大提高了铜基复合材料的力学与摩擦磨损性能。在要求高摩擦稳定性，高耐磨性的摩擦材料领域具有广阔的应用前景。附图说明图1为原材料鳞片石墨的SEM形貌图；图2为实施例1制备的分层鳞片石墨的SEM形貌图；图3为实施例1制备的夹金属层鳞片石墨的SEM形貌图；图4为实施例1制备的夹金属铜层鳞片石墨表面EDS图。图5为真空热压烧结后试样的复合材料的金相照片；图6a和d为对比例1制备的复合材料中鳞片石墨与铜的界面结合图和示意图；图6b和e为对比例2制备的复合材料中鳞片石墨与铜的界面结合图和示意图；图6c和f为实施例1制备的复合材料中鳞片石墨与铜的界面结合图和示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施例1本实施例公开了一种夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在室温环境下，将5ml高氯酸和1ml磷酸放入玻璃烧杯中混合均匀得到混合酸，再加入0.4g高锰酸钾，缓慢搅拌，使其溶于混合酸中，最后加入4g鳞片石墨并充分搅拌使其混合均匀。将装有高氯酸，磷酸，高锰酸钾和鳞片石墨的玻璃烧杯放置到水温为40℃的恒温水浴箱中反应60min，反应期间应不断搅拌以保证反应均匀。反应结束后，多次水洗，将沉淀下来的鳞片石墨过滤出来并在60℃下干燥。最后将得到的鳞片石墨在放入马弗炉内，将马弗炉升至300℃，保温60s。关掉马弗炉电源，待炉内温度降至100℃以下，将鳞片石墨从马弗炉炉中取出，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料，其特征在于，由1～20wt％的硬质颗粒、5～30wt％的夹金属铜鳞片石墨以及余量的铜粉成型后经热压烧结制备得到；/n其中，所述硬质颗粒选自SiC颗粒、B

【技术特征摘要】
1.一种夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料，其特征在于，由1～20wt％的硬质颗粒、5～30wt％的夹金属铜鳞片石墨以及余量的铜粉成型后经热压烧结制备得到；
其中，所述硬质颗粒选自SiC颗粒、B4C颗粒、TiC颗粒、A12O3颗粒、SiO2颗粒、Si3N4颗粒和AlN颗粒中的一种或两种以上；
所述夹金属铜鳞片石墨的制备方法为：
将分层鳞片石墨依次进行敏化和活化处理，使得鳞片石墨的表面及层间吸附一层还原性胶体，并在所述还原性胶体上形成形核位点；以及
采用化学镀的方法在所述分层鳞片石墨的表面及层间镀金属铜层，即得到所述夹金属铜鳞片石墨。


2.如权利要求1所述的夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料，其特征在于，所述铜粉选自雾化铜粉、电解铜粉、氧化铜粉、紫铜粉、青铜粉和黄铜粉中的一种或两种以上。


3.如权利要求1所述的夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料，其特征在于，所述夹金属铜鳞片石墨的尺寸为100～300μm。


4.如权利要求1所述的夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料，其特征在于，所述分层鳞片石墨是经如下步骤制备而成的：
将天然鳞片石墨与混合酸、插层剂混合均匀，于30～40℃下搅拌反应1～2h；反应结束后，将所述天然鳞片石墨水洗、过滤后干燥，于300～400℃下保温1～2min，即得到所述分层鳞片石墨。


5.如权利要求4所述的夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料，其特征在于，所述混合酸由高氯酸和磷酸混合而成，两者的体积比为3～6:0.5～1.5；所述插层剂为高锰酸钾。


6.如权利要求5所述的夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹豪豪，冉旭，朱魏巍，战思琪，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22