一种基于碳纤维/氧化石墨烯的铜基复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种基于碳纤维/氧化石墨烯的铜基复合材料及其制备方法与应用，属于复合材料制备技术领域。本发明专利技术提供的基于碳纤维/氧化石墨烯的铜基复合材料由短切碳纤维、氧化石墨烯以及铜粉成型后经热压烧结后制备得到的；其中，短切碳纤维的长度为1mm～2mm；碳纤维/氧化石墨烯增强体是将氧化石墨烯用硅烷偶联剂进行氨基化处理，然后氨基化氧化石墨烯的甲基硅氧端基水解生成的硅羟基与碳纤维表面的羟基官能团发生键合反应而得到的。本发明专利技术的基于碳纤维/氧化石墨烯的铜基复合材料能够提高碳纤维与铜基体的结合强度，增加铜基复合材料的力学及耐摩擦磨损性能。力学及耐摩擦磨损性能。力学及耐摩擦磨损性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳纤维/氧化石墨烯的铜基复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及复合材料制备
，尤其是指一种基于碳纤维/氧化石墨烯的铜基复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]铜基复合材料具有良好的耐磨、耐腐蚀及优良导电导热能力，在航空航天、高速列车等领域广泛应用。碳纤维是一种含碳量90％以上的无机高分子材料，兼具碳纤维碳材料抗拉力强和柔软可加工性两大特征，是一种力学性能优异的新材料，也因其耐摩擦、耐腐蚀、耐高温、良好的抗疲劳、高的热、电传导性等被广泛用于多种行业。但是在之前的研究过程中发现碳纤维和铜接触的界面处润湿性较差，两者直接复合反而会降低材料的性能。
[0003]然而，大量文献报道，碳纤维和铜接触的界面处润湿性较差，主要集中于以下两方面来改善润湿性：1、在基体中加入适量的合金元素：通过改变基体的化学成分以降低润湿过程的自由能，促进基体与纤维润湿，提高界面结合。缺点：铜基合金的传导性和强度往往是一对矛盾、传导性高则强度低，强度提高则传导性下降；2、对碳纤维进行表面处理：在碳纤维表面包覆金属镀层，如铜镀层、镍镀层以及复合镀层等，将碳纤维与基体之间由弱的机械结合转化为强度更高的结合。缺点：化学镀工艺复杂，镀层厚度难控制，电镀削弱碳纤维强度。
[0004]因此，亟需提供一种方法简单，且既可以保留铜和碳纤维优异的性能，又可以使界面结合强度提高的铜基复合材料的制备方法。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于碳纤维/氧化石墨烯的铜基复合材料及其制备方法与应用。本专利技术制备所得基于碳纤维/氧化石墨烯的铜基复合材料可以提高碳纤维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。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]本专利技术第一个目的是提供一种基于碳纤维/氧化石墨烯的铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将氧化石墨烯分散到醇中，加入碳纤维进行反应，干燥，得到碳纤维/氧化石墨烯增强体；
[0009](2)将步骤(1)所得碳纤维/氧化石墨烯增强体与铜粉混合，加入醇研磨，得到复合粉末；
[0010](3)将步骤(2)所得复合粉末经过干燥、冷压成型和热压烧结处理，得到基于碳纤维/氧化石墨烯的铜基复合材料。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中，所述氧化石墨烯通过氨基化处理得到：
[0012]将氧化石墨烯分散到醇与水的混合溶液中，加入硅烷偶联剂反应得到。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述硅烷偶联剂选自硅烷偶联剂KH
‑
550。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中，所述碳纤维的长度为1mm～2mm。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中，所述氧化石墨烯与碳纤维的质量比为1：10～1：5。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中，所述碳纤维通过酸化处理得到：将碳纤维在酸溶液中浸泡30min～40min。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述酸溶液的酸选自65wt％浓硝酸。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中，所述干燥的条件为：50℃下干燥10h～12h。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，步骤(2)中，所述铜粉选自电解铜粉；所述铜粉的尺寸为5μm～7μm。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，步骤(2)中，所述冷压成型的条件为：冷压的压力为20MPa～22MPa，保压时间为5min～6min。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，步骤(2)中，所述热压烧结的条件为：炉内真空度为10Pa以下，炉内的温度为600℃～700℃，时间为5min～6min。
[0022]本专利技术第二个目的是提供所述的制备方法制备得到的基于碳纤维/氧化石墨烯的铜基复合材料。
[0023]本专利技术第三个目的是提供所述的基于碳纤维/氧化石墨烯的铜基复合材料在摩擦材料中的应用。
[0024]本专利技术中由于氧化石墨烯具有较高的比表面积，可以有效地改善复合材料的界面性能，进而提高复合材料的力学性能、弹性、抗疲劳性和热稳定性。氨基化的氧化石墨烯的甲基硅氧端基水解生成的硅羟基与碳纤维表面的羟基官能团发生键合反应，得到所述碳纤维/氧化石墨烯增强体。对氧化石墨烯的氨基化可以使得氧化石墨烯吸附在碳纤维表面，来提高纤维的润湿性、比表面积和表面粗糙度。因此，本专利技术制备所得铜基复合材料既保留了铜和碳纤维优异的性能，又使界面结合强度提高。
[0025]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0026]本专利技术提供了一种基于碳纤维/氧化石墨烯的铜基复合材料及其制备方法与应用。相较于传统的直接加入碳纤维和氧化石墨烯，本专利技术所使用的碳纤维/氧化石墨烯增强体可以大大的提高碳纤维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。
附图说明
[0027]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中
[0028]图1为本专利技术实施例中原材料氧化石墨烯的SEM形貌图；
[0029]图2为本专利技术实施例中制备的氨基化的氧化石墨烯的SEM形貌图；
[0030]图3为本专利技术实施例中制备的碳纤维/氧化石墨烯增强体的SEM形貌图；
[0031]图4为本专利技术实施例中制备的碳纤维/氧化石墨烯增强体表面的EDS图；
[0032]图5为本专利技术实施例中真空热压烧结后试样的复合材料的金相照片。
具体实施方式
[0033]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。
[0034]实施例1
[0035]本实施例公开了一种基于碳纤维/氧化石墨烯的铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0036](1)将氧化石墨烯分散到水溶液中，在室温条件下超声处理3h，使氧化石墨烯在混合溶液中均匀分散。接着在磁力搅拌的作用下，将硅烷偶联剂KH
‑
550滴加到氧化石墨烯溶液中，然后在70℃下反应24h。反应结束后，得到氨基化的氧化石墨烯。采用乙醇对氨基化的氧化石墨烯溶液进行反复离心处理除去未反应的硅烷偶联剂。最后，将离心后的氨基化的氧化石墨烯放入真空干燥箱中在50℃下真空干燥12h，得到干燥后的氨基化的氧化石墨烯。
[0037](2)将步骤(1)中干燥后的氨基化的氧化石墨烯分散到乙醇中，超声处理后将酸化的1mm碳纤维(将去胶碳纤维在浓硝酸溶液中浸泡30min)浸泡在氨基化氧化石墨烯溶液中24h，反应结束后将处理后的碳纤维放入真空干燥箱中，在50℃下干燥12h，最终得到碳纤维/氧化石墨烯增强体。
[0038](3)混料：取碳纤维(0.29g)/氧化石墨烯(0.029g)增强体和电解铜粉(28.681g)放入研钵中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳纤维/氧化石墨烯的铜基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将氧化石墨烯分散到醇中，加入碳纤维进行反应，干燥，得到碳纤维/氧化石墨烯增强体；(2)将步骤(1)所得碳纤维/氧化石墨烯增强体与铜粉混合，加入醇研磨，得到复合粉末；(3)将步骤(2)所得复合粉末经过干燥、冷压成型和热压烧结处理，得到基于碳纤维/氧化石墨烯的铜基复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化石墨烯通过氨基化处理得到：将氧化石墨烯分散到醇与水的混合溶液中，加入硅烷偶联剂反应得到。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳纤维的长度为1mm～2mm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化石墨烯与碳纤维的质量比为1：10～1：5。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑嗣俊，邹豪豪，冉旭，孙飞，朱巍巍，汪钲淳，张策，杨熠贤，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：