[发明专利]一种碳铜复合材料的制备方法

说明书

本发明公开的一种碳铜复合材料的制备方法，首先，首先将纳米碳材料在浓硝酸和浓硫酸的混合液中进行氧化处理，再将氧化后的碳材料在敏化剂中进行敏化处理，再将敏化后的碳材料在活化剂中活化处理得到活化后的碳材料；其次，将活化的碳材料加入到铬盐镀液中，得到镀铬碳材料；然后在镀铬碳材料上继续镀铜；最后，还原热处理镀铜碳材料，进行热处理烧结复合材料。本发明公开的方法解决了现有的铜/石墨材料的制备方法均不能对碳/铜之间的界面连续性和界面结合强度进行有效的控制，严重的制约了材料强度和润滑性能的提的问题。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种碳铜复合材料的制备方法。

背景技术

碳铜复合材料不仅具有铜的优良属性：良好的强度和硬度、优良的导电、导热和耐蚀性，还具有碳良好的自润滑性和高熔点特性，因此已广泛应用于碳刷材料、摩擦材料、含油轴承、导电材料和机械零件材料领域。随着科技需求的不断发展和升级，一方面使得碳铜复合材料的需求猛增，另一方面对碳铜复合材料的性能提出了更高的要求。

目前，碳铜复合材料的主要制备方法有粉末冶金法、液相浸渍法、机械合金法和喷射沉积法等。由于石墨与铜密度相差巨大，故用机械合金法很难获得分散均匀的复合粉末，同时，碳比较倾向附着于金属颗粒表面，使得后续烧结过程中，金属与金属相之间无法直接接触，使材料的综合性能难以得到提高；粉末冶金法是将铜粉末与碳材料增强相均匀混合，然后进行压制成型，最后在进行高温烧结制备成碳铜复合材料，然而，其产品往往孔隙率较高、致密度低以及性能指标远未达到理想状态；喷射沉积法是在惰性气体的推动下，将金属熔体与增强颗粒快速冷却凝固制备成金属复合材料，但其无法避免孔隙的产生；液相浸渍法是先把碳制成多孔块料，然后在高温高压条件下将铜熔体浸渗到块料中，这种方法制备的碳铜复合材料致密度得到提高，导电性也更好，但由于两者的热膨胀系数相差太大，熔渗后两者冷却时间存在差异，容易造成金属填充物分布不均且不连续。

研究表明：影响碳铜复合材料性能的主要因素是碳与铜的界面以及复合材料的致密度温度。碳与铜即使在高温下也不发生反应，且润湿性极差，而现有的铜/石墨材料的制备方法均不能对碳/铜之间的界面连续性和界面结合强度进行有效的控制，严重的制约了材料强度和润滑性能的提升。为了提升铜基体与石墨的互溶性，因此有必要探索一种综合性能优良的碳铜复合材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳铜复合材料的制备方法，解决了现有的铜/石墨材料的制备方法均不能对碳/铜之间的界面连续性和界面结合强度进行有效的控制，严重的制约了材料强度和润滑性能的提的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种碳铜复合材料的制备方法，具体制备过程包括如下步骤：

步骤1，将碳材料进行活化处理：

首先将纳米碳材料在浓硝酸和浓硫酸的混合液中进行氧化处理，利用去离子水洗涤至中性，干燥后得到氧化后的碳材料；然后，再将氧化后的碳材料在敏化剂中进行敏化处理，再次用去离子水洗涤并干燥后得到敏化后的碳材料；最后，将敏化后的碳材料在活化剂中活化处理，之后用去离子水洗涤至中性并干燥，得到活化后的碳材料；

步骤2，在活化后的碳材料上镀铬：

将步骤1活化的碳材料加入到铬盐镀液中，温度为30℃～60℃，使用碱溶液调节pH至7～8之间，同时以3g/L的速度滴加还原剂直到溶液澄清为止，再用去离子水洗涤至中性并干燥，得到镀铬碳材料；

步骤3，在镀铬碳材料上继续镀铜：

将步骤2得到的镀铬碳材料加入到硫酸铜溶液中，温度为30℃～60℃使用碱溶液调节pH至7～8之间，同时加入还原剂甲醛直到溶液澄清为止，再用去离子水洗涤至中性并干燥，得到镀铜碳材料；

步骤4，热处理镀铜碳材料得到碳铜复合材料：