專利名稱：碳/碳-銅復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳/碳-銅復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
碳銅復(fù)合材料具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，在無油潤滑 條件下具有良好的減摩和抗磨性能，作為摩擦材料、電接觸材料等，在航空、汽 車、儀表和家用電器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。碳/碳-銅復(fù)合材料是一種特殊 的碳銅復(fù)合材料，其增強(qiáng)劑碳纖維預(yù)制體的結(jié)構(gòu)可預(yù)先設(shè)計。碳銅復(fù)合材料的制備方法主要有粉末冶金法、攪拌鑄造法、壓力鑄造法、無 壓金屬浸滲法等。粉末冶金法以碳粉末或短碳纖維、銅粉末為原料，采用壓制、 燒結(jié)工藝制備碳銅復(fù)合材料，該方法不適用于連續(xù)纖維增強(qiáng)碳/碳-銅復(fù)合材料的制備；攪拌鑄造法通過攪拌在銅液中添加碳粉末或短碳纖維，也不適用于連續(xù)纖 維增強(qiáng)碳/碳-銅復(fù)合材料的制備；壓力鑄造法采用機(jī)械加壓方式，將銅液壓入碳 坯體制備碳銅復(fù)合材料，由于機(jī)械壓力具有方向性，難以保證銅液在坯體中的分 布均勻性；無壓金屬浸滲法借助合金法改善銅液對碳的潤濕性，使銅液滲入碳坯 體，制備碳銅復(fù)合材料，但由于銅液的自由滲入深度有限，難以制備較大尺寸部 件。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種連續(xù)纖維增強(qiáng)碳/碳-銅復(fù)合材料的制 備方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下 碳/碳-銅復(fù)合材料的制備方法，主要包括1、 碳/碳復(fù)合材料坯體的制備，包括如下步驟1) 以碳超或碳纖維針刺整體氈為預(yù)制體，碳纖維預(yù)制體的表觀密度為0.1 g/cm3 0. 7 g/cm352) 采用化學(xué)氣相沉積方法制備碳/碳復(fù)合材料坯體，坯體的表觀密度為0. 7 g/cm3 1. 4 g/cm、3) 在2000 °C 2500 °C 、氬氣保護(hù)下對碳/碳復(fù)合材料坯體實施石墨化處理；4) 超聲清洗碳/碳復(fù)合材料坯體并烘干。2、 銅合金制備，包括如下步驟1)按合金元素重量百分比Cu80 % 96 % 、 Cr 1 % 12 % 、 Ti 0 % 10 Q% 、 Ni 0 % 8 %配制合金原料；2)在1300 °C 1500 °C 、小于10Pa的真空度下感應(yīng)熔煉、澆鑄成錠， 并分割成尺寸為20 mmX20 mmX20 mm的方塊。3、 #/碳-銅復(fù)合材料的制備，包括如下步驟1) 將碳/碳復(fù)合材料坯體和銅合金塊同置于石墨容器中，再將石墨容器置于 熱等靜壓爐中；2) 隨爐升溫至1300 °C 1500 。C，控制升溫速度為5 °C/min 20 。C/min、 爐壓小于10 Pa;3) 在1300 。C 15(X) 。C，通入氬氣加壓至3 MPa 9 MPa，保溫5 min 304) 隨爐冷卻至500 'C后，撤壓，至20(TC出爐，即得本發(fā)明之碳/碳-銅復(fù) 合材料。本發(fā)明具有如下優(yōu)點和積極效果1、 采用熱等靜壓滲銅工藝，適用于碳?xì)旨疤祭w維針剌整體氈增強(qiáng)碳/碳復(fù)合 材料坯體的均勻滲銅。2、 通過添加Cr、 Ti、 Ni改善銅合金熔體對碳/碳復(fù)合材料的潤濕性能。3、 采用本發(fā)明，可將尺寸為100ramX100ramX35mm，表觀密度為1. 4 g/cm3 的針刺整體超增強(qiáng)碳/碳復(fù)合材料坯體，均勻滲銅至表觀密度為4. 2 g/cm3。
具體實施方式
結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供以下八個實施例 實施例1首先，選取表觀密度為O.l g/cm3的碳?xì)?，采用化學(xué)氣相沉積方法制備表觀 密度為0.7 g/cm3的碳/碳復(fù)合材料坯體；坯體經(jīng)2000 °C、氬氣保護(hù)石墨化處 理后超聲清洗并烘干。其次，按合金元素重量百分比Cu 96 % 、 Cr 4 %配制 合金原料，在1400 °C 1500 °C 、小于lOPa的真空度下感應(yīng)熔煉、澆鑄成錠， 并分割成尺寸為20 mmX20 mmX20腿的方塊。最后，將碳/碳復(fù)合材料坯體和 銅合金塊同置于石墨容器中，再將石墨容器置于熱等靜壓爐中；控制升溫速度為 5 °C/min、爐壓小于10 Pa，升溫至1380 °C;再通入氬氣加壓至8 Mpa，保溫 30min后，隨爐冷卻至500 °C，撤壓，至200 。C出爐，即得本發(fā)明之碳/碳-銅 復(fù)合材料。實施例2首先，選取表觀密度為0.2 g/cm3的碳超，采用化學(xué)氣相沉積方法制備表觀 密度為0.9 g/cm3的碳/碳復(fù)合材料坯體；坯體經(jīng)2200 °C、氬氣保護(hù)石墨化處 理后超聲清洗并烘干。其次，按合金元素重量百分比Cu 94 % 、 Cr 1 %、 Ti 5 %配制合金原料，在1300 °C 1400 °C 、小于lOPa的真空度下感應(yīng)熔煉、 澆鑄成錠，并分割成尺寸為20腿X20 ramX20 ram的方塊。最后，將碳/碳復(fù)合 材料坯體和銅合金塊同置于石墨容器中，再將石墨容器置于熱等靜壓爐中；控制 升溫速度為15 aC/min、爐壓小于10Pa，升溫至1320 。C;再通入氬氣加壓至 5 MPa，保溫15 min后，隨爐冷卻至500 °C，撤壓，至200 。C出爐，即得本發(fā) 明之碳/碳-銅復(fù)合材料。實施例3首先，選取表觀密度為0.5g/cm3的針刺整體碳?xì)郑捎没瘜W(xué)氣相沉積方法 制備表觀密度為1.2 g/cm3的碳/碳復(fù)合材料坯體；坯體經(jīng)2300 °C、氬氣保護(hù) 石墨化處理后超聲清洗并烘干。其次，按合金元素重量百分比Cu 88 % 、 Cr 12 %、配制合金原料，在1400 °C 1500 °C 、小于10Pa的真空度下感應(yīng)熔煉、 澆鑄成錠，并分割成尺寸為20 mmX20咖X20 mm的方塊。最后，將碳/碳復(fù)合 材料坯體和銅合金塊同置于石墨容器中，再將石墨容器置于熱等靜壓爐中；控制 升溫速度為10 °C/min、爐壓小于10 Pa，升溫至1450 °C;再通入氬氣加壓至3 MPa，保溫20min后，隨爐冷卻至500 °C，撤壓，至200 。C出爐，即得本發(fā)明 之碳/碳-銅復(fù)合材料。實施例4首先，選取表觀密度為0.7 g/cm3的針刺整體碳毪，采用化學(xué)氣相沉積方法 制備表觀密度為1.4 g/cm3的碳/碳復(fù)合材料坯體；坯體經(jīng)2500 °C、氬氣保護(hù) 石墨化處理后超聲清^fc并烘干。其次，按合金元素重量百分比Cu89% 、 Crl %、 Ti 10 %配制合金原料，在1300 。C 140C) 。C 、小于10Pa的真空度下感 應(yīng)熔煉、澆鑄成錠，并分割成尺寸為20腿X20 mraX20 mm的方塊。最后，將 碳/碳復(fù)合材料還體和銅合金塊同置于石墨容器中，再將石墨容器置于熱等靜壓 爐中；控制升溫速度為20 °C/min、爐壓小于10 Pa,升溫至1300 °C;再通入 氬氣加壓至9MPa，保溫10min后，隨爐冷卻至50(TC,撤壓，至200 。C出爐， 即得本發(fā)明之碳/碳-銅復(fù)合材料。實施例5首先，選取表觀密度為O.l g/cm3的碳超，采用化學(xué)氣相沉積方法制備表觀密度為0.7 g/cm3的碳/碳復(fù)合材料坯體；坯體經(jīng)2000 °C、氬氣保護(hù)石墨化處 理后超聲清洗并烘干。其次，按合金元素重量百分比Cu87% 、 Cr3%、 Ti 5 %、 Ni 5 %配制合金原料，在1400 °C 1500 °C 、小于10Pa的真空度下感應(yīng) 熔煉、澆鑄成錠，并分割成尺寸為20腿X20 mmX20 ram的方塊。最后，將碳/ 碳復(fù)合材料坯體和銅合金塊同置于石墨容器中，再將石墨容器置于熱等靜壓爐 中；控制升溫速度為10 °C/min、爐壓小于10 Pa，升溫至1400 °C;再通入氬 氣加壓至5 MPa,保溫15 min后，隨爐冷卻至500 °C，撤壓，至200 'C出爐， 即得本發(fā)明之碳/碳-銅復(fù)合材料。 實施例6首先，選取表觀密度為0.2 g/cm3的碳?xì)?，采用化學(xué)氣相沉積方法制備表觀 密度為0.9 g/cm3的碳/碳復(fù)合材料坯體；坯體經(jīng)2200 °C、氬氣保護(hù)石墨化處 理后超聲清洗并烘干。其次，按合金元素重量百分比Cu 81 % 、 Cr 5 %、 Ti 6 %、 Ni 8 %配制合金原料，在1300 °C 1500 °C 、小于lOPa的真空度下感 應(yīng)烙煉、澆鑄成錠，并分割成尺寸為20 mmX20 ramX20 mm的方塊。最后，將 碳/碳復(fù)合材料坯體和銅合金塊同置于石墨容器中，再將石墨容器置于熱等靜壓 爐中；控制升溫速度為15 °C/min、爐壓小于10 Pa，升溫至141(KC;再通入 氬氣加壓至4MPa，保溫6min后，隨爐冷卻至500 °C,撤壓，至200 。C出爐， 即得本發(fā)明之碳/碳-銅復(fù)合材料。實施例7首先，選取表觀密度為0.5 g/cin3的針剌整體碳超，采用化學(xué)氣相沉積方法 制備表觀密度為1.2 g/cm3的碳/碳復(fù)合材料坯體；坯體經(jīng)2300 °C、氬氣保護(hù) 石墨化處理后超聲清洗并烘干。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 。C 15(X) 。C 、小于10Pa的真 空度下感應(yīng)熔煉、澆鑄成錠，并分割成尺寸為20 mmX20咖X20 ram的方塊。 最后，將a/碳復(fù)合材料還體和銅合金塊同置于石墨容器中，再將石墨容器置于 熱等靜壓爐中；控制升溫速度為IO °C/min、爐壓小于10 Pa，升溫至1390 。C; 再通入氬氣加壓至9MPa，保溫10min后，隨爐冷卻至500 。C，撤壓，至200 。C 出爐，即得本發(fā)明之碳/碳-銅復(fù)合材料。實施例8首先，選取^^見密度為0.7 g/cm3的針刺整體碳毪，采用化學(xué)氣相沉積方法 制備表觀密度為1.4 g/cm3的碳/碳復(fù)合材料還體；坯體經(jīng)2500 'C、氬氣保護(hù)石墨化處理后超聲清洗并烘干。其次，按合金元素重量百分比Cu82% 、 Cr6 %、 Ti 6 %、 Ni 6 %配制合金原料，在1300 °C 1500 °C 、小于10Pa的真 空度下感應(yīng)熔煉、澆鑄成錠，并分割成尺寸為20 mmX20 mraX20腿的方塊。 最后，將a/碳復(fù)合材料坯體和銅合金塊同置于石墨容器中，再將石墨容器置于 熱等靜壓爐中；控制升溫速度為15 °C/min、爐壓小于10 Pa，升溫至1410 'C; 再通入氬氣加壓至6MPa，保溫8min后，隨爐冷卻至50(TC,撤壓，至20(TC 出爐，即得本發(fā)明之碳/碳-銅復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.碳/碳-銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于1)、碳/碳復(fù)合材料坯體的制備a)以碳?xì)只蛱祭w維針刺整體氈為預(yù)制體，碳纖維預(yù)制體的表觀密度為0.1g/cm3～0.7g/cm3；b)采用化學(xué)氣相沉積方法制備碳/碳復(fù)合材料坯體，坯體的表觀密度為0.7g/cm3～1.4g/cm3；c)在2000℃～2500℃、氬氣保護(hù)下對碳/碳復(fù)合材料坯體實施石墨化處理；d)超聲清洗碳/碳復(fù)合材料坯體并烘干；2)、銅合金制備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的真空度下感應(yīng)熔煉、澆鑄成錠，并分割成尺寸為20mm×20mm×20mm的方塊；3)、碳/碳-銅復(fù)合材料的制備a)將碳/碳復(fù)合材料坯體和銅合金塊同置于石墨容器中，再將石墨容器置于熱等靜壓爐中；b)隨爐升溫至1300℃～1500℃，控制升溫速度為5℃/min～20℃/min、爐壓小于10Pa；c)在1300℃～1500℃，通入氬氣加壓至3MPa～9MPa，保溫5min～30min；d)隨爐冷卻至500℃后，撤壓，至200℃出爐，即得本發(fā)明之碳/碳-銅復(fù)合材料。
全文摘要
碳/碳-銅復(fù)合材料的制備方法，主要包括碳/碳復(fù)合材料坯體的制備，銅合金的感應(yīng)熔煉、澆鑄，采用熱等靜壓對碳/碳坯體材料滲銅。本發(fā)明采用熱等靜壓滲銅工藝，適用于碳?xì)旨疤祭w維針刺整體氈增強(qiáng)碳/碳復(fù)合材料坯體的均勻滲銅；通過添加Cr、Ti、Ni改善銅合金熔體對碳/碳復(fù)合材料的潤濕性能；采用本發(fā)明，可將尺寸為100mm×100mm×35mm，表觀密度為1.4g/cm³的針刺整體氈增強(qiáng)碳/碳復(fù)合材料坯體，均勻滲銅至表觀密度為4.2g/cm³。
文檔編號C22C47/00GK101403079SQ20081014357
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者澍 余, 夏莉紅, 張福勤, 歐孝璽, 蕾 王, 袁鐵錘, 黃伯云 申請人:中南大學(xué)