一种铜基复合板材的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铜基复合板材的制备方法，属于铜基材料技术领域。本发明专利技术的制备方法包括以下步骤：将绞合线平铺在铜基板材上，然后在绞合线上盖上铜基覆板进行爆炸焊接复合，得到复合板，再将复合板表层的铜基覆板去除；所述绞合线由导电碳材层包覆的金属线绞合而成。本发明专利技术利用爆炸焊接过程中产生的巨大等离子冲击使得线材与铜基板材产生良好界面结合，去除各线材上部的覆层后，利用导电碳材自身特性增强铜复合板材的耐磨性能。强铜复合板材的耐磨性能。强铜复合板材的耐磨性能。

【技术实现步骤摘要】
一种铜基复合板材的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种铜基复合板材的制备方法，属于铜基材料


技术介绍

[0002]铜和铜合金材料因其具有良好的导电性能和机械性能，被广泛应用于航空航天、高速铁路、超/特高压电器、武器装备、汽车和电子信息等领域。随着上述领域的迅猛发展，要求铜合金材料在高温、高压、强电流等苛刻条件下必须同时保持良好的摩擦接触和电接触，要求材料兼具高强、高导、高耐磨和抗高温软化等综合性能。为了提高铜基材料的强度和耐磨性，传统铜合金材料常采用形变或固溶
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时效等方式进行整体强化。但纯铜和析出型强化铜合金(Cu
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Cr、Cu
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Zr、Cu
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Ni
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Si等)的工作温度一般不超过550℃。在工作温度大于550℃时，该类铜合金会出现强度、电导率大幅度下降的问题。为解决上述问题，科研工作者通过在铜基体中引入碳纳米材料(石墨烯、碳纳米管)和碳纤维等导电碳材的方式以达到强度、耐磨和导电性能的同步提升，然而传统铜基复合材料制备工艺受到生产设备限制，难以生产大规格坯料，从而难以进行大规模商业化应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种铜基复合板材的制备方法，可以解决现有工艺难以生产大规格坯料的问题。
[0004]为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]一种铜基复合板材的制备方法，包括以下步骤：将绞合线平铺在铜基板材上，然后在绞合线上盖上铜基覆板进行爆炸焊接复合，得到复合板，再将复合板表层的铜基覆板去除；所述绞合线由导电碳材层包覆的金属线的绞合而成。
[0006]本专利技术的铜基复合板材的制备方法，将绞合线平铺在铜基板材上，再盖上铜基覆板将绞合线压实进行爆炸焊接复合，爆炸焊接过程中产生的巨大等离子冲击使得绞合线与铜基板采具有良好的界面结合的同时，绞合线中用于包覆金属线的导线碳材同时与铜基板材产生良好界面结合，随后去除平铺的各线材上部的铜基覆板材层实现对铜基复合板材表层的强化，利用导电碳材自身特性，增强铜复合板材耐磨性能。
[0007]本专利技术的制备方法通过在铜基板材表面引入碳纳米材料形成表层具有高强、高导、高耐磨等综合性能，可以解决该类材料的大规格尺寸材料制备难题。
[0008]可以理解的是去除的铜基覆板层位于各平铺线材的上方。还可以在去除铜基覆板层后对材料表面进行打磨平整。
[0009]为了提高铜基复合板材的自润滑性能，优选的，所述导电碳材层中的导电碳材为碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、石墨中的一种或任意组合。由于铜基复合板材表面在摩擦过程中具有自润滑作用，并且绞合线同时可以提高铜合金表层的强韧性，因而大幅提高铜合金基底的耐磨性能。
[0010]所述碳纳米管为单壁碳纳米管、少壁碳纳米管、多壁碳纳米管中一种或任意组合。
所述碳纳米管的直径为2～30nm，长度为0.3～4μm。进一步优选的，所述碳纳米管的直径为10～30nm，长度为0.5～2μm。
[0011]所述石墨烯为还原氧化石墨烯。所述石墨烯的平均粒径优选为0.5～50μm，例如石墨烯的平均粒径为1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或50μm。所述石墨为石墨纳米片。
[0012]优选的，所述铜基板材上开设有用于铺放所述绞合线的凹槽；所述凹槽的数量与绞合线的数量保持一致，且每个凹槽内仅铺放一条绞合线；绞合线铺放入凹槽时，绞合线的顶部高于凹槽上沿。
[0013]优选的，所述凹槽的槽壁在垂直凹槽延伸方向的横截面为小于或等于半圆的圆弧。
[0014]优选的，所述圆弧的半径与所述绞合线的半径相同。
[0015]优选的，所述铜基板材为纯铜板、Cu
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Cr合金板、Cu
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Zr合金板、Cu
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Cr
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Zr合金板、Cu
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Ni
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Si合金板中的一种，例如为Cu
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0.33wt.％Cr
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0.54wt.％Zr合金板材、Cu
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3.1wt.％Ni
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0.75wt.％Si合金板材或Cu
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0.5wt.％Cr合金板材。
[0016]优选的，所述金属线选自铜线、镍线、锆线、银线或合金线。所述合金线由铜、镍、银、锆中任意两种及以上的元素组成。进一步的，所述合金线为铜合金线，例如为Cu
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0.3wt.％Cr
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0.4wt.％Zr金属线、Cu
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3wt.％Ni合金线或Cu
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0.1wt.％Ag合金线。优选的，所述金属线的直径为0.5～2mm，优选为1～2mm。
[0017]优选的，所述导电碳材层是将含有导电碳材的涂覆液进行涂覆以后加热形成。
[0018]优选的，所述涂覆液还含有分散剂和粘结剂。所述加热处理为碳化处理。所述分散剂为有机分散剂。所述分散剂选自N
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甲基吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯、span 80、Triton X
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100中的一种或任意组合。所述粘结剂为有机粘结剂。所述粘结剂选自纤维素、甲基纤维素、壳聚糖、Nafion、环氧树脂、酚醛树脂、聚氨基甲酸酯中的一种或任意组合。进一步的，所述涂覆液还包括聚四氟乙烯。聚四氟乙烯为液态或固态，具有耐高温、降低摩擦系数作用。所述涂覆液还包括溶剂。所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、甲醚、乙醚、甲乙醚、丙酮、丁酮、甲乙酮、氯仿、四氯化碳、苯、甲苯、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙酸、甲酸甲酯中的一种或任意组合。更进一步的，所述涂覆液由导电碳材、分散剂、粘结剂、聚四氟乙烯和溶剂组成。优选的，所述导电碳材、分散剂、粘结剂和溶剂的质量比为0.1
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0.5:59.67
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63.27:5
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10:29.83
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31.63。优选的，聚四氟乙烯和溶剂的体积比为1:15
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25。优选的，所述溶剂由水和乙二醇组成；水和乙二醇的体积比为8
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15:1。
附图说明
[0019]图1为实施例1的步骤2)中在铜基板材上铺放绞合线并盖上铜基覆板后状态示意图；
[0020]图2为实施例1的步骤2)中制得的复合板的示意图；
[0021]图3为实施例2的步骤2)中在铜基板材上铺放绞合线并盖上铜基覆板后状态示意图；
[0022]图4为实施例2的步骤2)中制得的复合板的示意图；
[0023]其中，1
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雷管，2
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炸药，3
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药框，4
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纯铜基覆板，5
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绞合线，6
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支撑体，7
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜基复合板材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将绞合线平铺在铜基板材上，然后在绞合线上盖上铜基覆板进行爆炸焊接复合，得到复合板，再将复合板表层的铜基覆板去除；所述绞合线由导电碳材层包覆的金属线绞合而成。2.根据权利要求1所述的铜基复合板材的制备方法，其特征在于：所述导电碳材层中的导电碳材为碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、石墨中的一种或任意组合。3.根据权利要求2所述的铜基复合板材的制备方法，其特征在于：所述铜基板材上开设有用于铺放绞合线的凹槽；所述凹槽的数量与绞合线的数量保持一致，且每个凹槽内仅铺放一条绞合线；绞合线铺放入凹槽时，绞合线的顶部高于凹槽上沿。4.根据权利要求3所述的铜基复合板材的制备方法，其特征在于：所述凹槽的槽壁在垂直凹槽延伸方向的横截面为小于或等于半圆的圆弧。5.根据权利要求4所述的铜基复合板材的制备方法，其特征在于：所述圆弧的半径与所述绞合线的半径相同。6.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：宋克兴，国秀花，李韶林，王旭，王海斗，周延军，张彦敏，冯江，米绪军，杨豫博，段俊彪，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：