[发明专利]一种短碳纤维/铜复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种纤维/铜复合材料的制备方法，特别是一种1mm短碳纤维增强Cu基体复合材料的制备方法。其制备方法为：将混合均匀的铜源、钛源和短碳纤维混合均匀后，采用放电等离子烧结，得到短碳纤维/铜复合材料；烧结参数为温度790℃～880℃，保温时间10～30min，烧结压力为5～25MPa；所述铜源中铜为零价；所述钛源中钛为零价。本发明制备成本低、能耗低、所得产品性能优良。

技术领域

本发明涉及一种纤维/铜复合材料的制备方法，特别是一种1mm 短碳纤维增强Cu基体复合材料的制备方法。

背景技术

铜具有优良的导电、导热性，但是纯铜的强度较低。而碳纤维具有高的比模量、比强度以及良好的自润滑性。短碳纤维增强铜基复合材料呈现出良好的导电、导热性、优异的力学性能、耐磨性、耐高温性、耐电弧烧蚀性以及良好的自润滑性等一系列优点，现作为一种金属基复合材料已被广泛应用于机械制造、航空航天等领域。

由于这类材料可设计性好,可以通过控制碳纤维种类、含量及分布来获得不同的性能指标。C/Cu复合材料不仅导电性及导热性与纯铜相近，而且具有良好的抗电弧侵蚀和抗磨损能力等优点，已被广泛应用于电子元件材料、滑动材料、触头材料、集成电路散热板及耐磨器件等领域，是一种具有广泛应用前景的新型材料。与长纤维相比, 短碳纤维/铜复合材料在制造上具有成型简单,零件设计灵活,适用于工业化生产等优点。

目前大多数人采用机械球磨混合使得纤维收到损伤较大，而用电动搅拌的方式容易聚团，不易分散；此外对纤维进行化学镀铜或钛过程，产生较多废弃化学药剂，污染环境；传统的热压烧结对温度要求较高，而且时间周期长。

对于直接添加少量Ti粉润湿C/Cu界面，然后采用放电等离子低温快速烧结制备短碳纤维/铜基复合材料，这种方式在现有资料中还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，用安全高效的方式能够均匀混合物料、并且快速烧结、能耗低，所得产品性能优良的短碳纤维/铜复合材料的制备方法。

本发明一种短碳纤维/铜复合材料的制备方法，其方案为：将混合均匀的铜源、钛源和短碳纤维混合均匀后，采用放电等离子烧结，得到短碳纤维/铜复合材料；烧结参数为温度790～880℃、优选为 830～860℃、进一步优选为845～860℃、更进一步优选为850℃，保温时间10～30min，烧结压力为5～25MPa；所述铜源中铜为零价；所述钛源中钛为零价。

本发明一种短碳纤维/铜复合材料的制备方法，所述铜源为铜粉和/或铜钛合金粉；所述钛源为钛粉和/或铜钛合金粉。

本发明一种短碳纤维/铜复合材料的制备方法，所述短碳纤维的长度小于等于1mm。

本发明一种短碳纤维/铜复合材料的制备方法，所述短碳纤维的直径为6-10μm、优选为6.5～7.5μm、进一步优选为7μm。

作为优选方案，本发明一种短碳纤维/铜复合材料的制备方法，包括下述步骤：

步骤一

将长碳纤维切成短碳纤维后，放入真空高温炉，在1000～1200℃，保温0～2h；随炉冷却至室温，得到备用短碳纤维；

步骤二

将用湿法球磨制得的Cu/Ti粉末在真空条件下烘干，得到备用 Cu/Ti粉末；所述备用Cu/Ti粉末中，Cu与Ti的质量比为90～80:10～20；按设计的组分将备用Cu/Ti粉末与备用短碳纤维在V型搅拌器进行混合；得到短碳纤维和金属粉末混合均匀的复合粉体；所述复合粉体中 Cu、Ti、短碳纤维的质量比为Cu：Ti：短碳纤维＝43.2～49.5:10.8～9:1.5～6；

步骤三