CN101403079B - 碳/碳-铜复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
碳/碳-铜复合材料的制备方法,主要包括碳/碳复合材料坯体的制备,铜合金的感应熔炼、浇铸,采用热等静压对碳/碳坯体材料渗铜。本发明采用热等静压渗铜工艺,适用于碳毡及碳纤维针刺整体毡增强碳/碳复合材料坯体的均匀渗铜;通过添加Cr、Ti、Ni改善铜合金熔体对碳/碳复合材料的润湿性能;采用本发明,可将尺寸为100mm×100mm×35mm,表观密度为1.4g/cm3的针刺整体毡增强碳/碳复合材料坯体,均匀渗铜至表观密度为4.2g/cm3。
Description
技术领域 本发明涉及一种碳/碳-铜复合材料的制备方法。
背景技术 碳铜复合材料具有优良的热稳定性和导电、导热性,在无油润滑条件下具有良好的减摩和抗磨性能,作为摩擦材料、电接触材料等,在航空、汽车、仪表和家用电器等领域具有广阔的应用前景。碳/碳-铜复合材料是一种特殊的碳铜复合材料,其增强剂碳纤维预制体的结构可预先设计。
碳铜复合材料的制备方法主要有粉末冶金法、搅拌铸造法、压力铸造法、无压金属浸渗法等。粉末冶金法以碳粉末或短碳纤维、铜粉末为原料,采用压制、烧结工艺制备碳铜复合材料,该方法不适用于连续纤维增强碳/碳-铜复合材料的制备;搅拌铸造法通过搅拌在铜液中添加碳粉末或短碳纤维,也不适用于连续纤维增强碳/碳-铜复合材料的制备;压力铸造法采用机械加压方式,将铜液压入碳坯体制备碳铜复合材料,由于机械压力具有方向性,难以保证铜液在坯体中的分布均匀性;无压金属浸渗法借助合金法改善铜液对碳的润湿性,使铜液渗入碳坯体,制备碳铜复合材料,但由于铜液的自由渗入深度有限,难以制备较大尺寸部件。
发明内容 本发明的目的是提供一种连续纤维增强碳/碳-铜复合材料的制备方法。
本发明采用的技术方案如下:
碳/碳-铜复合材料的制备方法,主要包括:
1、碳/碳复合材料坯体的制备,包括如下步骤:
1)以碳毡或碳纤维针刺整体毡为预制体,碳纤维预制体的表观密度为0.1g/cm3~0.7g/cm3;
2)采用化学气相沉积方法制备碳/碳复合材料坯体,坯体的表观密度为0.7g/cm3~1.4g/cm3;
3)在2000℃~2500℃、氩气保护下对碳/碳复合材料坯体实施石墨化处理;
4)超声清洗碳/碳复合材料坯体并烘干。
2、铜合金制备,包括如下步骤:
1)按合金元素重量百分比:Cu 80%~96%、Cr 1%~12%、Ti 0%~10%、Ni 0%~8%配制合金原料;
2)在1300℃~1500℃、小于10Pa的真空度下感应熔炼、浇铸成锭,并分割成尺寸为20mm×20mm×20mm的方块。
3、碳/碳-铜复合材料的制备,包括如下步骤:
1)将碳/碳复合材料坯体和铜合金块同置于石墨容器中,再将石墨容器置于热等静压炉中;
2)随炉升温至1300℃~1500℃,控制升温速度为5℃/min~20℃/min、炉压小于10Pa;
3)在1300℃~1500℃,通入氩气加压至3MPa~9MPa,保温5min~30min;
4)随炉冷却至500℃后,撤压,至200℃出炉,即得本发明之碳/碳-铜复合材料。
本发明具有如下优点和积极效果:
1、采用热等静压渗铜工艺,适用于碳毡及碳纤维针刺整体毡增强碳/碳复合材料坯体的均匀渗铜。
2、通过添加Cr、Ti、Ni改善铜合金熔体对碳/碳复合材料的润湿性能。
3、采用本发明,可将尺寸为100mm×100mm×35mm,表观密度为1.4g/cm3的针刺整体毡增强碳/碳复合材料坯体,均匀渗铜至表观密度为4.2g/cm3。
具体实施方式
结合本发明的内容提供以下八个实施例:
实施例1
首先,选取表观密度为0.1g/cm3的碳毡,采用化学气相沉积方法制备表观密度为0.7g/cm3的碳/碳复合材料坯体;坯体经2000℃、氩气保护石墨化处理后超声清洗并烘干。其次,按合金元素重量百分比:Cu 96%、Cr 4%配制合金原料,在1400℃~1500℃、小于10Pa的真空度下感应熔炼、浇铸成锭,并分割成尺寸为20mm×20mm×20mm的方块。最后,将碳/碳复合材料坯体和铜合金块同置于石墨容器中,再将石墨容器置于热等静压炉中;控制升温速度为5℃/min、炉压小于10Pa,升温至1380℃;再通入氩气加压至8Mpa,保温30min后,随炉冷却至500℃,撤压,至200℃出炉,即得本发明之碳/碳-铜复合材料。
实施例2
首先,选取表观密度为0.2g/cm3的碳毡,采用化学气相沉积方法制备表观密度为0.9g/cm3的碳/碳复合材料坯体;坯体经2200℃、氩气保护石墨化处理后超声清洗并烘干。其次,按合金元素重量百分比:Cu 94%、Cr 1%、Ti5%配制合金原料,在1300℃~1400℃、小于10Pa的真空度下感应熔炼、浇铸成锭,并分割成尺寸为20mm×20mm×20mm的方块。最后,将碳/碳复合材料坯体和铜合金块同置于石墨容器中,再将石墨容器置于热等静压炉中;控制升温速度为15℃/min、炉压小于10Pa,升温至1320℃;再通入氩气加压至5MPa,保温15min后,随炉冷却至500℃,撤压,至200℃出炉,即得本发明之碳/碳-铜复合材料。
实施例3
首先,选取表观密度为0.5g/cm3的针刺整体碳毡,采用化学气相沉积方法制备表观密度为1.2g/cm3的碳/碳复合材料坯体;坯体经2300℃、氩气保护石墨化处理后超声清洗并烘干。其次,按合金元素重量百分比:Cu 88%、Cr 12%、配制合金原料,在1400℃~1500℃、小于10Pa的真空度下感应熔炼、浇铸成锭,并分割成尺寸为20mm×20mm×20mm的方块。最后,将碳/碳复合材料坯体和铜合金块同置于石墨容器中,再将石墨容器置于热等静压炉中;控制升温速度为10℃/min、炉压小于10Pa,升温至1450℃;再通入氩气加压至3MPa,保温20min后,随炉冷却至500℃,撤压,至200℃出炉,即得本发明之碳/碳-铜复合材料。
实施例4
首先,选取表观密度为0.7g/cm3的针刺整体碳毡,采用化学气相沉积方法制备表观密度为1.4g/cm3的碳/碳复合材料坯体;坯体经2500℃、氩气保护石墨化处理后超声清洗并烘干。其次,按合金元素重量百分比:Cu 89%、Cr 1%、Ti 10%配制合金原料,在1300℃~1400℃、小于10Pa的真空度下感应熔炼、浇铸成锭,并分割成尺寸为20mm×20mm×20mm的方块。最后,将碳/碳复合材料坯体和铜合金块同置于石墨容器中,再将石墨容器置于热等静压炉中;控制升温速度为20℃/min、炉压小于10Pa,升温至1300℃;再通入氩气加压至9MPa,保温10min后,随炉冷却至500℃,撤压,至200℃出炉,即得本发明之碳/碳-铜复合材料。
实施例5
首先,选取表观密度为0.1g/cm3的碳毡,采用化学气相沉积方法制备表观密度为0.7g/cm3的碳/碳复合材料坯体;坯体经2000℃、氩气保护石墨化处理后超声清洗并烘干。其次,按合金元素重量百分比:Cu 87%、Cr 3%、Ti 5%、Ni 5%配制合金原料,在1400℃~1500℃、小于10Pa的真空度下感应熔炼、浇铸成锭,并分割成尺寸为20mm×20mm×20mm的方块。最后,将碳/碳复合材料坯体和铜合金块同置于石墨容器中,再将石墨容器置于热等静压炉中;控制升温速度为10℃/min、炉压小于10Pa,升温至1400℃;再通入氩气加压至5MPa,保温15min后,随炉冷却至500℃,撤压,至200℃出炉,即得本发明之碳/碳-铜复合材料。
实施例6
首先,选取表观密度为0.2g/cm3的碳毡,采用化学气相沉积方法制备表观密度为0.9g/cm3的碳/碳复合材料坯体;坯体经2200℃、氩气保护石墨化处理后超声清洗并烘干。其次,按合金元素重量百分比:Cu 81%、Cr 5%、Ti6%、Ni 8%配制合金原料,在1300℃~1500℃、小于10Pa的真空度下感应熔炼、浇铸成锭,并分割成尺寸为20mm×20mm×20mm的方块。最后,将碳/碳复合材料坯体和铜合金块同置于石墨容器中,再将石墨容器置于热等静压炉中;控制升温速度为15℃/min、炉压小于10Pa,升温至1410℃;再通入氩气加压至4MPa,保温6min后,随炉冷却至500℃,撤压,至200℃出炉,即得本发明之碳/碳-铜复合材料。
实施例7
首先,选取表观密度为0.5g/cm3的针刺整体碳毡,采用化学气相沉积方法制备表观密度为1.2g/cm3的碳/碳复合材料坯体;坯体经2300℃、氩气保护石墨化处理后超声清洗并烘干。其次,按合金元素重量百分比:Cu 85%、Cr 5%、Ti 3%、Ni 7%配制合金原料,在1400℃~1500℃、小于10Pa的真空度下感应熔炼、浇铸成锭,并分割成尺寸为20mm×20mm×20mm的方块。最后,将碳/碳复合材料坯体和铜合金块同置于石墨容器中,再将石墨容器置于热等静压炉中;控制升温速度为10℃/min、炉压小于10Pa,升温至1390℃;再通入氩气加压至9MPa,保温10min后,随炉冷却至500℃,撤压,至200℃出炉,即得本发明之碳/碳-铜复合材料。
实施例8
首先,选取表观密度为0.7g/cm3的针刺整体碳毡,采用化学气相沉积方法制备表观密度为1.4g/cm3的碳/碳复合材料坯体;坯体经2500℃、氩气保护石墨化处理后超声清洗并烘干。其次,按合金元素重量百分比:Cu 82%、Cr 6%、Ti 6%、Ni 6%配制合金原料,在1300℃~1500℃、小于10Pa的真空度下感应熔炼、浇铸成锭,并分割成尺寸为20mm×20mm×20mm的方块。最后,将碳/碳复合材料坯体和铜合金块同置于石墨容器中,再将石墨容器置于热等静压炉中;控制升温速度为15℃/min、炉压小于10Pa,升温至1410℃;再通入氩气加压至6MPa,保温8min后,随炉冷却至500℃,撤压,至200℃出炉,即得本发明之碳/碳-铜复合材料。
Claims (1)
1.碳/碳-铜复合材料的制备方法,其特征在于,包括:
1)、碳/碳复合材料坯体的制备:
a)以碳纤维针刺整体毡为预制体,碳纤维预制体的表观密度为0.1g/cm3~0.7g/cm3;
b)采用化学气相沉积方法制备碳/碳复合材料坯体,坯体的表观密度为0.7g/cm3~1.4g/cm3;
c)在2000℃~2500℃、氩气保护下对碳/碳复合材料坯体实施石墨化处理;
d)超声清洗碳/碳复合材料坯体并烘干;
2)、铜合金的制备:
a)按合金元素重量百分比:Cu 80%~96%、Cr 1%~12%、Ti 0%~10%、Ni 0%~8%配制合金原料;
b)在1300℃~1500℃、小于10Pa的真空度下感应熔炼、浇铸成锭,并分割成尺寸为20mm×20mm×20mm的方块;
3)、碳/碳-铜复合材料的制备
a)将碳/碳复合材料坯体和铜合金块同置于石墨容器中,再将石墨容器置于热等静压炉中;
b)随炉升温至1300℃~1500℃,控制升温速度为5℃/min~20℃/min、炉压小于10Pa;
c)在1300℃~1500℃,通入氩气加压至3MPa~9MPa,保温5min~30min;
d)随炉冷却至500℃后,撤压,至200℃出炉,即得本发明之碳/碳-铜复合材料。
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