CN110453101B - 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 - Google Patents

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Abstract

本发明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、B4C颗粒、TiC颗粒、A12O3颗粒、SiO2颗粒、Si3N4颗粒和AlN颗粒中的一种或多种；夹金属铜鳞片石墨是将分层鳞片石墨依次进行敏化和活化，使鳞片石墨的表面及层间吸附一层还原性胶体，并形成形核位点；然后采用化学镀的方法在分层鳞片石墨的表面及层间镀金属铜层而得到的。本发明还提供了夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料的制备方法及应用。本发明的夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料，能够提高鳞片石墨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。

Description

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
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，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。
背景技术
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。
发明内容
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，本发明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，本发明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)。
本发明中，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。
本发明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。
本发明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。
本发明的有益效果：
相较于传统的直接加入鳞片石墨和镀铜鳞片石墨，本发明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发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
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，得到分层的鳞片石墨。鳞片石墨原始形貌如图1所示，得到的分层鳞片石墨形貌如图2所示。
(2)将经过第(1)步处理得到的鳞片石墨放入敏化溶液中并不断搅拌，15min后取出并用去离子清洗干净，室温晾干。敏化溶液配比为：SnCl2，20g/L；37wt％的HCl，40mL/L；剩余为去离子水。将敏化后的鳞片石墨放入活化溶液中并不断搅拌，15min后取出并用去离子清洗干净，室温晾干。活化溶液配比为：PdCl2，0.2g/L；37wt％的HCl，5mL/L；剩余为去离子水。
(3)采用化学镀铜的方法,在分层的鳞片石墨表面及石墨层之间镀上金属层。将第(1)步中得到的分层鳞片石墨放入恒温水浴箱中，在水浴箱中化学镀铜所需镀液。化学镀Cu溶液配方为:五水硫酸铜，14g/L；乙二胺四乙酸二钠，20g/L；酒石酸钾钠,15g/L；甲醛溶液,12mL/L其余为去离子水。将恒温水浴箱加热到35℃，保温10分钟，然后加入50wt.％的NaOH溶液调节溶液pH值到13.5～14，保温30min并不断搅拌。反应完后取出鳞片石墨，并立刻放入乙醇溶液中超声波清洗，在烘干箱中烘干，得到夹金属铜鳞片石墨。得到的夹金属铜鳞片石墨形貌如图3所示。得到的夹金属铜鳞片石墨表面成分如图4所示。
(4)混料：取10g夹金属铜鳞片石墨，2g SiO2颗粒和88g电解铜粉放入混料罐中得到混合粉末。在混料罐中加入0.2ml混料剂。将混料罐装入三维摆动混料机上混料4h，混料机转动速度为400r/min，混料完后得到复合粉末。
(5)冷压成型：将复合粉末装入内径为
Figure BDA0002160277040000061
的不锈钢模具中，在液压机下冷压成型。冷压压力为500MPa，保压时间为30s。冷压成型后得到成型试样。
(6)热压烧结：将冷压成型后的试样装入内径为
Figure BDA0002160277040000062
的石墨模具中，在真空热压炉中进行热压烧结。炉内真空度为10-2Pa，炉内升温速率为20℃/min，升温至400℃保温2h，混料剂可从试样中全部挥发。继续升温至900℃保温并加压，其中压力为2～3MPa，保温时间为1h。保温时间结束后，关掉电源，卸载压力，待炉内温度降至100℃以下，将热压件从真空热压炉中取出，去模具，得到夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料。真空热压烧结后试样的复合材料的金相照片如图5所示。复合材料中鳞片石墨与铜的界面结合情况和界面结合示意图如图6c和f所示。
实施例2
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，包括如下步骤：
(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，得到分层的鳞片石墨。
(2)将经过第(1)步处理得到的鳞片石墨放入敏化溶液中并不断搅拌，15min后取出并用去离子清洗干净，室温晾干。敏化溶液配比为：SnCl2，20g/L；37wt％的HCl，40mL/L；剩余为去离子水。将敏化后的鳞片石墨放入活化溶液中并不断搅拌，15min后取出并用去离子清洗干净，室温晾干。活化溶液配比为：PdCl2，0.2g/L；37wt％的HCl，5mL/L；剩余为去离子水。
(3)采用化学镀铜的方法,在分层的鳞片石墨表面及石墨层之间镀上金属层。将第(1)步中得到的分层鳞片石墨放入恒温水浴箱中，在水浴箱中化学镀铜所需镀液。化学镀Cu溶液配方为:五水硫酸铜，16g/L；乙二胺四乙酸二钠，25g/L；酒石酸钾钠,20g/L；甲醛溶液,13mL/L其余为去离子水。将恒温水浴箱加热到35℃，保温10分钟，然后加入50wt.％的NaOH溶液调节溶液pH值到13.5～14，保温30min并不断搅拌。反应完后取出鳞片石墨，并立刻放入乙醇溶液中超声波清洗，在烘干箱中烘干，得到夹金属铜鳞片石墨。
(4)混料：取8g夹金属铜鳞片石墨，1g SiO2颗粒和91g电解铜粉放入混料罐中得到混合粉末。在混料罐中加入0.2ml混料剂。将混料罐装入三维摆动混料机上混料4h，混料机转动速度为400r/min，混料完后得到复合粉末。
(5)冷压成型：将复合粉末装入内径为
Figure BDA0002160277040000071
的不锈钢模具中，在液压机下冷压成型。冷压压力为500MPa，保压时间为30s。冷压成型后得到成型试样。
(6)热压烧结：将冷压成型后的试样装入内径为
Figure BDA0002160277040000072
的石墨模具中，在真空热压炉中进行热压烧结。炉内真空度为10-2Pa，炉内升温速率为20℃/min，升温至400℃保温2h，混料剂可从试样中全部挥发。继续升温至900℃保温并加压，其中压力为2～3MPa，保温时间为1h。保温时间结束后，关掉电源，卸载压力，待炉内温度降至100℃以下，将热压件从真空热压炉中取出，去模具，得到夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料。
实施例3
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，包括如下的步骤：
(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，得到分层的鳞片石墨。
(2)将经过第(1)步处理得到的鳞片石墨放入敏化溶液中并不断搅拌，15min后取出并用去离子清洗干净，室温晾干。敏化溶液配比为：SnCl2，20g/L；37wt％的HCl，40mL/L；剩余为去离子水。将敏化后的鳞片石墨放入活化溶液中并不断搅拌，15min后取出并用去离子清洗干净，室温晾干。活化溶液配比为：PdCl2，0.2g/L；37wt％的HCl，5mL/L；剩余为去离子水。
(3)采用化学镀铜的方法,在分层的鳞片石墨表面及石墨层之间镀上金属层。将第(1)步中得到的分层鳞片石墨放入恒温水浴箱中，在水浴箱中化学镀铜所需镀液。化学镀Cu溶液配方为:五水硫酸铜，16g/L；乙二胺四乙酸二钠，25g/L；酒石酸钾钠,20g/L；甲醛溶液,13mL/L其余为去离子水。将恒温水浴箱加热到35℃，保温10分钟，然后加入50wt.％的NaOH溶液调节溶液pH值到13.5～14，保温30min并不断搅拌。反应完后取出鳞片石墨，并立刻放入乙醇溶液中超声波清洗，在烘干箱中烘干，得到夹金属铜鳞片石墨。
(4)混料：取9g夹金属铜鳞片石墨，2g氧化铝颗粒和89g青铜粉放入混料罐中得到混合粉末。在混料罐中加入0.2ml混料剂。将混料罐装入三维摆动混料机上混料4h，混料机转动速度为400r/min，混料完后得到复合粉末。
(5)冷压成型：将复合粉末装入内径为
Figure BDA0002160277040000091
的不锈钢模具中，在液压机下冷压成型。冷压压力为500MPa，保压时间为30s。冷压成型后得到成型试样。
(6)热压烧结：将冷压成型后的试样装入内径为
Figure BDA0002160277040000092
的石墨模具中，在真空热压炉中进行热压烧结。炉内真空度为10-2Pa，炉内升温速率为20℃/min，升温至400℃保温2h，混料剂可从试样中全部挥发。继续升温至900℃保温并加压，其中压力为2～3MPa，保温时间为1h。保温时间结束后，关掉电源，卸载压力，待炉内温度降至100℃以下，将热压件从真空热压炉中取出，去模具，得到夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料。
实施例4
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，得到分层的鳞片石墨。
(2)将经过第(1)步处理得到的鳞片石墨放入敏化溶液中并不断搅拌，15min后取出并用去离子清洗干净，室温晾干。敏化溶液配比为：SnCl2，20g/L；37wt％的HCl，40mL/L；剩余为去离子水。将敏化后的鳞片石墨放入活化溶液中并不断搅拌，15min后取出并用去离子清洗干净，室温晾干。活化溶液配比为：PdCl2，0.2g/L；37wt％的HCl，5mL/L；剩余为去离子水。
(3)采用化学镀铜的方法,在分层的鳞片石墨表面及石墨层之间镀上金属层。将第(1)步中得到的分层鳞片石墨放入恒温水浴箱中，在水浴箱中化学镀铜所需镀液。化学镀Cu溶液配方为:五水硫酸铜，16g/L；乙二胺四乙酸二钠，25g/L；酒石酸钾钠,20g/L；甲醛溶液,13mL/L其余为去离子水。将恒温水浴箱加热到35℃，保温10分钟，然后加入50wt.％的NaOH溶液调节溶液pH值到13.5～14，保温30min并不断搅拌。反应完后取出鳞片石墨，并立刻放入乙醇溶液中超声波清洗，在烘干箱中烘干，得到夹金属铜鳞片石墨。
(4)混料：取9g夹金属铜鳞片石墨，1g二氧化硅颗粒，1g氧化铝颗粒和89g电解铜粉放入混料罐中得到混合粉末。在混料罐中加入0.2ml混料剂。将混料罐装入三维摆动混料机上混料4h，混料机转动速度为400r/min，混料完后得到复合粉末。
(5)冷压成型：将复合粉末装入内径为
Figure BDA0002160277040000101
的不锈钢模具中，在液压机下冷压成型。冷压压力为500MPa，保压时间为30s。冷压成型后得到成型试样。
(6)热压烧结：将冷压成型后的试样装入内径为
Figure BDA0002160277040000102
的石墨模具中，在真空热压炉中进行热压烧结。炉内真空度为10-2Pa，炉内升温速率为20℃/min，升温至400℃保温2h，混料剂可从试样中全部挥发。继续升温至900℃保温并加压，其中压力为2～3MPa，保温时间为1h。保温时间结束后，关掉电源，卸载压力，待炉内温度降至100℃以下，将热压件从真空热压炉中取出，去模具，得到夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料。
对比例1
(1)混料：取6.6g未经过实施例1中第(1)、(2)、(3)步处理的鳞片石墨，2g SiO2颗粒和91.4g电解铜粉放入混料罐中得到混合粉末。在混料罐中加入0.2ml混料剂。将混料罐装入三维摆动混料机上混料4h，混料机转动速度为400r/min，混料完后得到复合粉末。取6.6g未经过夹金属铜处理的鳞片石墨，是因为6.6g鳞片石墨经过夹金属铜处理后的重量为10g。
(2)冷压成型：将复合粉末装入内径为
Figure BDA0002160277040000111
的不锈钢模具中，在液压机下冷压成型。冷压压力为500MPa，保压时间为30s。冷压成型后得到成型试样。
(3)热压烧结：将冷压成型后的试样装入内径为
Figure BDA0002160277040000112
的石墨模具中，在真空热压炉中进行热压烧结。炉内真空度为10-2Pa，炉内升温速率为20℃/min，升温至400℃保温2h，混料剂可从试样中全部挥发。继续升温至900℃保温并加压，其中压力为2～3MPa，保温时间为1h。保温时间结束后，关掉电源，卸载压力，待炉内温度降至100℃以下，将热压件从真空热压炉中取出，去模具，得到鳞片石墨增强铜基复合材料。复合材料中鳞片石墨与铜的界面结合情况和界面结合示意图如图6a和d所示。
对比例2
(1)取未经过实施例1中第(1)步处理的鳞片石墨放入敏化溶液中并不断搅拌，15min后取出并用去离子清洗干净，室温晾干。敏化溶液配比为：SnCl2，20g/L；37wt％的HCl，40mL/L；剩余为去离子水。将敏化后的鳞片石墨放入活化溶液中并不断搅拌，15min后取出并用去离子清洗干净，室温晾干。活化溶液配比为：PdCl2，0.2g/L；37wt％的HCl，5mL/L；剩余为去离子水。
(2)采用化学镀铜的方法,在经过第(1)步处理的鳞片石墨表面镀上金属层。将第(1)步中得到的分层鳞片石墨放入恒温水浴箱中，在水浴箱中化学镀铜所需镀液。化学镀Cu溶液配方为:五水硫酸铜，16g/L；乙二胺四乙酸二钠，25g/L；酒石酸钾钠,20g/L；甲醛溶液,13mL/L其余为去离子水。将恒温水浴箱加热到35℃，保温10分钟，然后加入50wt.％的NaOH溶液调节溶液pH值到13.5～14，保温30min并不断搅拌。反应完后取出鳞片石墨，并立刻放入乙醇溶液中超声波清洗，在烘干箱中烘干，得到表面镀铜鳞片石墨。
(3)混料：取9.2g表面镀铜鳞片石墨，2g SiO2颗粒和91.4g电解铜粉放入混料罐中得到混合粉末。在混料罐中加入0.2ml混料剂。将混料罐装入三维摆动混料机上混料4h，混料机转动速度为400r/min，混料完后得到复合粉末。取9.2g表面镀铜鳞片石墨，是因为6.6g鳞片石墨表面镀铜后重量为9.2g，6.6g鳞片石墨经过夹金属铜处理后的重量为10g。
(4)冷压成型：将复合粉末装入内径为
Figure BDA0002160277040000122
的不锈钢模具中，在液压机下冷压成型。冷压压力为500MPa，保压时间为30s。冷压成型后得到成型试样。
(5)热压烧结：将冷压成型后的试样装入内径为
Figure BDA0002160277040000123
的石墨模具中，在真空热压炉中进行热压烧结。炉内真空度为10-2Pa，炉内升温速率为20℃/min，升温至400℃保温2h，混料剂可从试样中全部挥发。继续升温至900℃保温并加压，其中压力为2～3MPa，保温时间为1h。保温时间结束后，关掉电源，卸载压力，待炉内温度降至100℃以下，将热压件从真空热压炉中取出，去模具，得到表面镀铜鳞片石墨增强铜基复合材料。复合材料中鳞片石墨与铜的界面结合情况和界面结合示意图如图6b和e所示。
对上述实施例1，对比例1和对比例2制备的铜基复合材料的相对密度,布氏硬度，压缩强度，摩擦系数及磨损率进行了测试，其结果如下表1所示。由表1可以看出，夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料具有最高的相对密度、布氏硬度、压缩强度和摩擦系数，同时具有最低的磨损率。
表1实施例1，对比例1-2制备的铜基复合材料的测试结果
Figure BDA0002160277040000121
Figure BDA0002160277040000131
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

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；
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。
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100～300 μm。
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。
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、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）。
6. 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，敏化溶液的配方为：SnCl2，20～30 g/L；37 wt.%的HCl，30～50 mL/L；剩余为去离子水；
活化溶液的配方为：PdCl2，0.1～0.3 g/L；37 wt.%的HCl，3～6 mL/L；剩余为去离子水。
7.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，
化学镀Cu溶液的配方为：五水硫酸铜，14～18 g/L；乙二胺四乙酸二钠，20～30 g/L；酒石酸钾钠，15～25 g/L；甲醛溶液，12～16 mL/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30～45℃。
8.根据权利要求1~7任一项所述的夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于，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0.2～0.5 wt.%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。
9.权利要求1~7任一项所述的夹金属铜鳞片石墨增强铜基复合材料在摩擦材料中的应用。
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