石墨纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料制備及性能研究.pdf

1、石墨纖維是一種具有很廣應(yīng)用前景的材料，由其作為增強(qiáng)相加入銅基體中制備出的復(fù)合材料不僅具有良好的力學(xué)強(qiáng)度和導(dǎo)電導(dǎo)熱性更是具有良好的耐摩擦磨損性能。因此有可能成為當(dāng)前電力機(jī)車受電弓滑板的替代材料。
　　本文優(yōu)化并對(duì)比研究了化學(xué)鍍銅和電鍍銅兩種工藝，尋找出最佳鍍銅方式從而對(duì)石墨纖維表面進(jìn)行金屬化處理。通過(guò)對(duì)石墨纖維表面金屬化解決了石墨纖維與銅基體的潤(rùn)濕性不足問(wèn)題。同時(shí)研究了石墨纖維預(yù)處理工藝如除膠、粗化等。通過(guò)冷壓成型方式制備出石墨纖維

2、增強(qiáng) Cu基復(fù)合材料坯體，研究了溶劑濕法混粉工藝以及成型壓力對(duì)復(fù)合材料致密度的影響。通過(guò)真空燒結(jié)將復(fù)合材料燒結(jié)成型，研究復(fù)合材料最佳燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間以及影響復(fù)合材料物理性能的其他因素。通過(guò)載流摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行載流摩擦磨損試驗(yàn)，研究復(fù)合材料的載流摩擦磨損機(jī)理。
　　研究結(jié)果表明：化學(xué)鍍銅通過(guò)優(yōu)化正交試驗(yàn)參數(shù)，可以在石墨纖維表面獲得質(zhì)量良好，厚度均一的鍍銅層，其最佳工藝參數(shù)為：15g CuSO4·5H2O、30g EDT

3、A-2Na、10mL甲醛、溫度60℃；試驗(yàn)得到鍍銅反應(yīng)的最佳pH為12.4；制備過(guò)程中，氣流攪拌方法的引入使所獲鍍層穩(wěn)定性和均勻性更佳。采用主要成分為100g/L CuSO4·5H2O、180g/L濃 H2SO4的酸性鍍液進(jìn)行鍍銅；合適的銅離子和硫酸根離子的配比有助于提高鍍液的分散能力，避免電鍍出現(xiàn)“黑心”；鍍液中加入添加劑有利于鍍銅層的平整，光亮。通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化電鍍銅的工藝為：電壓1～2V、時(shí)間為5～15min、鍍液溫度30℃；電鍍過(guò)程

4、中加入超聲攪拌更有利于鍍銅的進(jìn)行。兩種鍍銅工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)，電鍍銅工藝較為簡(jiǎn)單，鍍銅層相對(duì)比較厚，但是鍍層粗糙，結(jié)合力不足；化學(xué)鍍銅工藝略為復(fù)雜，鍍層平滑，結(jié)合力強(qiáng)。
　　對(duì)比不同混粉方式，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：溶劑濕混法與球磨法結(jié)合使用混粉更均勻且不損傷纖維表面鍍層。冷壓的最佳壓力為200MPa，提高壓制壓力對(duì)試樣的致密度和硬度影響不大。復(fù)合材料最佳的燒結(jié)工藝為：燒結(jié)溫度是820℃，保溫時(shí)間2h。石墨纖維含量為12.5vol％時(shí)復(fù)合材料達(dá)到最

5、高硬度值101.2HV0.2，含量為7.5vol%達(dá)到最佳的硬度與導(dǎo)電性的配合。
　　載流摩擦磨損試驗(yàn)中，石墨纖維在摩擦磨損過(guò)程中起到了很好的自潤(rùn)滑作用。Cu基復(fù)合材料的體積磨損率在石墨纖維含量為7.5～15vol%之間時(shí)出現(xiàn)極低值并保持一定范圍的穩(wěn)定；滑動(dòng)摩擦速度的增加對(duì)石墨纖維增強(qiáng)Cu基復(fù)合材料的摩擦因數(shù)影響不大；加載載荷越低復(fù)合材料越容易發(fā)生“離線”作用，電弧侵蝕嚴(yán)重，并且在加載載荷為40N時(shí)，復(fù)合材料的體積磨損率最低；電流