一种制备大尺寸碳铜复合材料的连续化热等静压浸渍方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复合材料制备技术领域，特别是涉及一种制备大尺寸碳铜复合材料的连续化热等静压浸渍方法。
【背景技术】
[0002]碳铜复合材料具有优良的导电、导热、耐磨损、高强度、自润滑和耐腐蚀性能，而被广泛地用作滑动导电的电接触材料，现代电气化铁路，特别是高速铁路弓网系统中的受电弓滑板、发电机电动机中的导电碳刷、滑动电触头等都是由碳铜复合材料制成。
[0003]随着碳铜复合材料的性能不断改进，其应用领域越来越广，对碳铜复合材料的性能、尺寸及形状提出更高要求，促使了碳铜复合材料制备工艺的改进。热等静压浸渍是目前制备碳铜复合材料的先进工艺，在高速铁路弓网系统受电弓滑板中已有少量应用，但仍存在一些问题:
[0004]I)浸渍压力较低，对于壁厚较厚的产品，浸渍深度难以满足要求，如中国专利号N0.201010106908.2的发明专利提供了一种铜/石墨复合材料及其制造方法，浸渍时的压力为60?80MPa;
[0005]2)无法连续生产，效率低、成本高，如中国专利号N0.200710158757.3的发明专利提供了一种炭石墨热等静压浸银工艺，需要在热等静压浸渍完成后冷却至100°C以下出炉，且银熔液凝固后包裹在炭基体周围，需要通过机械加工处理才能得到产品。因此，为了适应各行业对大尺寸、低成本碳铜复合材料的高性能要求，需对热等静压浸渍工艺进行改进。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种制备大尺寸碳铜复合材料的低成本、连续化热等静压浸渍方法，解决浸渍压力较低、难以满足厚壁产品浸渍完全，以及无法连续生产、效率低的问题。
[0007]为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案:
[0008]本发明提供一种制备大尺寸碳铜复合材料的连续化热等静压浸渍方法，包括如下步骤:
[0009](I)原料准备:碳铜复合材料的化学成分按体积百分比为:碳75?85 %、其余为铜或铜合金；
[0010](2)将铜或铜合金放置在坩祸中，抽真空，升温至使铜或铜合金充分熔化；
[0011](3)待铜或铜合金完全熔化后，通入氩气控制浸渍压力，温度稳定后利用工装将待浸渍的碳材料浸入熔液中；
[0012](4)将浸渍完成的碳铜复合材料从熔液中提出，并从上出料口取出即得碳铜复合材料产品；
[0013](5)根据坩祸内的剩余熔液量合理添加铜或铜合金锭，即可连续生产碳铜复合材料产品。
[0014]该方法适合于高导热、高导电碳/纯铜复合材料及碳/铜合金复合材料的浸渍。
[0015]所述铜或铜合金的化学成分按质量百分比为:Cu 85?100%、Zn0?15%。
[0016]所述步骤(2)中，抽真空至10?30Pa，升温至1100?1250°C，保温时间为2?3h。
[0017]所述步骤(3)中，浸渍压力为100?200MPa，保温时间为10?20min;适合于大尺寸、
厚壁产品的浸渍。
[0018]所述方法可在热态下开炉取出浸渍完成的材料及补充铜或铜合金锭，适合于连续化生产。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0020]1、浸渍温度高，能够满足纯铜的熔化温度要求，可根据碳铜复合材料产品的导电、导热等性能要求合理选用纯铜或低熔点铜合金；
[0021]2、浸渍压力高，能够满足大尺寸、厚壁碳铜复合材料产品的快速浸渍，浸渍的均匀性优异；
[0022]3、便于连续化生产，通过可热态开炉的设计，能够实现在浸渍温度下开炉的功能，从上出料口取出浸渍完成的碳铜复合材料，并将待浸渍的碳材料装入炉中，无需冷却后取料，无需机械加工处理;从下进料口补充纯铜或铜合金锭，即可实现浸渍工序的连续化作业。
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
[0024]本发明的制备大尺寸碳铜复合材料的连续化热等静压浸渍方法，首先是在真空条件下将纯铜或铜合金锭在坩祸中加热融化，然后通入氩气至炉内压力达到100?200MPa，将多孔碳材料浸入纯铜或铜合金熔液中，保压一段时间从熔液中取出即得浸渍完成的碳铜复合材料;热等静压浸渍设备设计成可在热态下开炉，一方面可将浸渍完成的碳铜复合材料从上出口取出，重新准备待浸渍的碳材料，另一方面可在下进料口补充纯铜或铜合金锭，满足连续浸渍的要求。
[0025]本发明提供一种制备大尺寸碳铜复合材料的连续化热等静压浸渍方法，包括如下步骤:
[0026](I)根据产品的导电、导热、耐磨等性能要求合理设计碳铜复合材料的成分及配比，碳铜复合材料的化学成分按体积百分比为:碳75?85%、铜或铜合金15?25%;其中，铜或铜合金的化学成分按质量百分比为:Cu 85?100%、Zn O?15% ;
[0027](2)将铜或铜合金放置在坩祸中，抽真空至10?30Pa，升温至1100?1250°C，保温2?3h使铜或铜合金充分熔化；
[0028](3)待铜或铜合金完全熔化后，通入氩气至炉内压力为100?200M Pa，温度稳定后利用工装将待浸渍的碳材料浸入熔液中，保温10?20mi η;
[0029](4)将浸渍完成的碳铜复合材料从熔液中提出，并从上出料口取出即得碳铜复合材料产品；
[0030](5)根据坩祸内的剩余熔液量合理添加铜或铜合金锭，即可连续生产碳铜复合材料产品。
[0031 ]实施例1-热等静压浸渍碳/纯铜复合材料
[0032]1、碳铜复合材料的配比为75%碳、25%纯铜(体积比)；
[0033]2、将纯铜放置在坩祸中，抽真空至10Pa，升温至1250°C，保温3h使纯铜充分熔化；
[0034]3、待纯铜完全熔化后，通入氩气至炉内压力为200MPa，温度稳定后利用工装将待浸渍的碳材料浸入熔液中，保温1min;
[0035]4、将浸渍完成的材料从熔液中提出，并从上出料口取出即得碳/纯铜复合材料产品;
[0036]5、根据坩祸内的剩余熔液量合理添加纯铜锭，即可连续生产碳/纯铜复合材料产品O
[0037]实施例2-热等静压浸渍碳/黄铜复合材料
[0038]1、碳铜复合材料的配比为85%碳、15%铜合金(体积比)，铜合金的成分为85%Cu、15%Zn(质量比)；
[0039]2、将铜合金放置在坩祸中，抽真空至30Pa，升温至1100°C，保温2h使铜合金充分熔化；
[0040]3、待铜合金完全熔化后，通入氩气至炉内压力为lOOMPa，温度稳定后利用工装将待浸渍的碳材料浸入熔液中，保温20min;
[0041 ]4、将浸渍完成的材料从熔液中提出，并从上出料口取出即得碳/黄铜复合材料产品;
[0042]5、根据坩祸内的剩余熔液量合理添加铜合金锭，即可连续生产碳/黄铜复合材料
τ?: 口广PR ο
【主权项】
1.一种制备大尺寸碳铜复合材料的连续化热等静压浸渍方法，其特征在于:该方法包括如下步骤: (1)原料准备:碳铜复合材料的化学成分按体积百分比为:碳75?85%、其余为铜或铜合金； (2)将铜或铜合金放置在坩祸中，抽真空，升温至使铜或铜合金充分熔化； (3)待铜或铜合金完全熔化后，通入氩气控制浸渍压力，温度稳定后利用工装将待浸渍的碳材料浸入熔液中； (4)将浸渍完成的碳铜复合材料从熔液中提出，并从上出料口取出即得碳铜复合材料τ?: 口广PR ； (5)根据坩祸内的剩余熔液量合理添加铜或铜合金锭，即可连续生产碳铜复合材料产品O2.根据权利要求1所述的制备大尺寸碳铜复合材料的连续化热等静压浸渍方法，其特征在于:该方法适合于高导热、高导电碳/纯铜复合材料及碳/铜合金复合材料的浸渍。3.根据权利要求1所述的制备大尺寸碳铜复合材料的连续化热等静压浸渍方法，其特征在于:所述铜或铜合金的化学成分按质量百分比为:Cu 85?100%、Ζη O?15%。4.根据权利要求1所述的制备大尺寸碳铜复合材料的连续化热等静压浸渍方法，其特征在于:所述步骤(2)中，抽真空至10?30Pa，升温至1100?1250°C，保温时间为2?3h。5.根据权利要求1所述的制备大尺寸碳铜复合材料的连续化热等静压浸渍方法，其特征在于:所述步骤(3)中，浸渍压力为100?200MPa，保温时间为10?20min;适合于大尺寸、厚壁产品的浸渍。6.根据权利要求1所述的制备大尺寸碳铜复合材料的连续化热等静压浸渍方法，其特征在于:所述方法可在热态下开炉取出浸渍完成的材料及补充铜或铜合金锭，适合于连续化生产。
【专利摘要】本发明属于复合材料制备技术领域，特别是涉及一种制备大尺寸碳铜复合材料的连续化热等静压浸渍方法。该方法首先是在真空条件下将纯铜或铜合金锭在坩埚中加热融化，将多孔碳材料浸入纯铜或铜合金熔液中，加压后并保压一段时间从熔液中提出即得浸渍完成的碳铜复合材料；热等静压浸渍设备设计成可在热态下开炉，一方面可将浸渍完成的碳铜复合材料从上出料口取出，重新准备待浸渍的碳材料，另一方面可在下进料口补充纯铜或铜合金锭，满足连续浸渍的要求。本发明能够满足纯铜或铜合金锭的熔化温度要求，能够满足大尺寸、厚壁碳铜复合材料产品的快速浸渍，浸渍的均匀性优异可连续化作业，生产效率高，避免冷却后取料，且无需机械加工。
【IPC分类】C22C9/04, B22D23/04, C22C1/10
【公开号】CN105648257
【申请号】
【发明人】陈宏霞, 陈明礼, 李阳, 张福堂, 吴爽, 张德明, 任志禄, 孙永生, 叶青
【申请人】中国钢研科技集团有限公司, 新冶高科技集团有限公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月31日