一種銅碳石墨復合材料的制備工藝
1.本發明涉及電接觸用金屬碳石墨復合材料的制備，特別提供了一種用等靜壓成型生產碳石墨毛坯再浸漬銅合金形成銅碳石墨復合材料的方法。
背景技術：
2.銅石墨復合材料融合了金屬銅(合金)優良的導電性、高強度、高塑性和石墨顯著的耐熱性、耐腐蝕性、潤滑性等性能，綜合性能突出，是一種具有廣闊應用前景的新型功能材料。銅石墨復合材料廣泛的應用于滑動電接觸材料、耐磨材料、大規模集成電路和大功率微波器件中導電導熱功能材料等領域，特別是在工作環境比較嚴酷的電器開關觸頭、電刷、電力機車受電弓滑板等環境下發揮著重要作用。
3.當前銅石墨復合材料的制備工藝多種多樣，具有實際應用價值的制備方法僅少數幾種，如粉末冶金法、浸漬法等。要保證銅石墨復合材料的導電性和自潤滑性一般都會采取浸漬工藝，石墨制品浸漬金屬后，碳基體氣孔中充填了金屬，形成金屬網狀增強骨架，起到提高碳基體強度和韌性的作用。浸漬金屬后導電和導熱性能明顯改善，仍可保持碳基體固有的潤滑性能，能在接觸表面上形成潤滑膜，顯著降低材料磨耗。但是目前的碳石墨坯料浸金屬工藝較為復雜，金屬與碳基體之間的結合力有待提高，碳基體的性能波動較大，導致最終制品的性能穩定性有待改善。
4.因此，申請人提出一種銅碳石墨復合材料的制備工藝，其制備的銅碳石墨復合材料各項性能指標能滿足各種使用要求，且操作方便，生產效率高，環境友好。
技術實現要素：
5.基于現有技術的不足，本發明提供了一種銅碳石墨復合材料的制備工藝。
6.具體為，本發明提供的一種銅碳石墨復合材料的制備工藝，包括如下具體步驟：s1、原料，熟瀝青焦粉，精煉石墨粉，高耐磨炭黑，氧化物陶瓷粉，銅錫合金(cu80-90%、sn10-20%)；所述熟瀝青焦粉，粒度3-10μm，灰分≤0.8%、含硫量≤0.3%、揮發份≤1.5%；所述精煉石墨粉，粒度-320目：70-90%，＋200目≤1.0%，灰分≤0.5%，揮發分≤1.0%；所述高耐磨炭黑，灰分≤0.7%、吸碘值82
±
7g/kg、dbp吸收值(102
±
7)
×
10-5
m3/kg；所述氧化物陶瓷粉，粒度5-10μm，有效氧化物含量≥85%，真密度≥2.2g/cm3,水分≤0.5%；所述改質瀝青的軟化點105-120℃，結焦值為≥50%，灰分≤0.50%；s2、干粉混捏，將熟瀝青焦粉，精煉石墨粉，高耐磨炭黑，氧化物陶瓷粉按79-83：6-10：4-8：3-7重量份數比混合均勻；s3、瀝青粘接，將s2中混好的原料與改質熔化瀝青按重量份數比10：3-5混合，攪拌
均勻；s4、軋片，將s3中攪拌均勻的原料通過輥軋機壓制成薄片，片厚≤0.5mm，軋輥軋制次數不低于2次；s5、磨粉，將s4得到的粉料在磨粉機上磨粉，磨好粉料粒度-320目≥80%；s6、成型，將s5磨好的料粉在液壓冷等靜壓機上成型，成型壓力≥120mpa，保壓≥40分鐘，卸壓后得到毛坯生料；s7、焙燒，將s6制備好的毛坯生料放入焙燒爐中進行焙燒，其溫度控制方式如下：室溫-300℃，自由升溫，保持2小時；300-750℃，按4℃/h升溫，保持12小時；750-900℃，按8℃/h升溫，保持6小時；900-1200℃，按12℃/h升溫，保持5小時；自然冷卻后，獲得一焙毛坯料；將一焙毛坯料浸漬瀝青，浸漬壓力1.6 mpa，再進行二次焙燒，其溫度控制方式如下：室溫-300℃，自由升溫，保持2小時；300-750℃，按6℃/h升溫，保持9小時；750-900℃，按10℃/h升溫，保持6小時；900-1200℃，按13℃/h升溫，保持4小時；1200-1800℃，按15℃/h升溫，保持4小時；自然冷卻后，獲得二焙碳基坯料；s8、浸金屬，焙燒后的碳基坯料在1200℃電爐中預熱2小時，將銅錫合金加入中頻爐中，加熱至1300℃，使其完全熔化成熔體，將熔體倒入碳基坯料中，確保熔體漫過碳基坯料，加熱至1300-1400℃，采用機械加壓方式或抽真空加壓方式，壓力維持10-24mpa，保壓時間不低于2分鐘，倒出合金熔體，自然冷卻至室溫；s9、將浸金屬完成后的坯料取出，加工成所需尺寸精度即可。
7.本發明的有益效果是：能有效改善金屬與碳石墨基體間的界面浸潤性，提高制品的浸透率；能較方便的制備不同規格尺寸的制品；制品性能優異，操作簡便，生產效率高，環境友好。
具體實施方式
8.實施例一一種銅碳石墨復合材料的碳基坯料制備工藝，包括如下具體步驟：s1、原料，熟瀝青焦粉，精煉石墨粉，高耐磨炭黑，氧化物陶瓷粉等；所述熟瀝青焦粉，粒度3-10μm，灰分≤0.8%、含硫量≤0.3%、揮發份≤1.5%；所述精煉石墨粉，粒度-320目：70-90%，＋200目≤1.0%，灰分≤0.5%，揮發分≤1.0%；所述高耐磨炭黑，灰分≤0.7%、吸碘值82
±
7g/kg、dbp吸收值102
±
710-5
m3/kg；所述氧化物陶瓷粉，粒度5-10μm，有效氧化物含量≥85%，真密度≥2.2g/cm3,水分≤0.5%；
所述改質瀝青的軟化點105-120℃，結焦值為≥50%，灰分≤0.50%；s2、干粉混捏，將熟瀝青焦粉，精煉石墨粉，高耐磨炭黑，氧化物陶瓷粉按79：8：8：5重量份數比混合均勻；s3、瀝青粘接，將s2中混好的原料與改質熔化瀝青按重量份數比10：4.2混合，攪拌均勻；s4、軋片，將s3中攪拌均勻的原料通過輥軋機壓制成薄片，片厚≤0.5mm，軋輥軋制次數不低于2次；s5、磨粉，將s4得到的粉料在磨粉機上磨粉，磨好粉料粒度-320目≥80%；s6、成型，將s5磨好的料粉在液壓冷等靜壓機上成型，成型壓力≥120mpa，保壓≥40分鐘，卸壓后得到毛坯生料；s7、焙燒，將s6制備好的毛坯生料放入焙燒爐中進行焙燒，其溫度控制方式如下：室溫-300℃，自由升溫，保持2小時；300-750℃，按4℃/h升溫，保持12小時；750-900℃，按8℃/h升溫，保持6小時；900-1200℃，按12℃/h升溫，保持5小時；自然冷卻后，獲得一焙毛坯料；將一焙毛坯料浸漬瀝青，浸漬壓力1.6 mpa，再進行二次焙燒，其溫度控制方式如下：室溫-300℃，自由升溫，保持2小時；300-750℃，按6℃/h升溫，保持9小時；750-900℃，按10℃/h升溫，保持6小時；900-1200℃，按13℃/h升溫，保持4小時；1200-1800℃，按15℃/h升溫，保持4小時；自然冷卻后，獲得二焙碳基坯料；在混合過程中采用改質瀝青做粘接劑，在相同的焙燒溫度下，碳制品性能更加優越。該工藝中加入改質瀝青做粘接劑與中溫瀝青對照組焙燒性能比較如下。實施例二一種銅碳石墨復合材料的制備工藝，包括如下具體步驟：s1、原料，熟瀝青焦粉，精煉石墨粉，高耐磨炭黑，氧化物陶瓷粉，銅錫合金(cu90%、sn10%)；所述熟瀝青焦粉，粒度3-10μm，灰分≤0.8%、含硫量≤0.3%、揮發份≤1.5%；所述精煉石墨粉，粒度-320目：70-90%，＋200目≤1.0%，灰分≤0.5%，揮發分≤1.0%；所述高耐磨炭黑，灰分≤0.7%、吸碘值82
±
7g/kg、dbp吸收值102
±
710-5m3/kg；
所述氧化物陶瓷粉，粒度5-10μm，有效氧化物含量≥85%，真密度≥2.2g/cm3,水分≤0.5%；所述改質瀝青的軟化點105-120℃，結焦值為≥50%，灰分≤0.50%；s2、干粉混捏，將熟瀝青焦粉，精煉石墨粉，高耐磨炭黑，氧化物陶瓷粉按80：8：6：6重量份數比混合均勻；s3、s3、瀝青粘接，將s2中混好的原料與改質熔化瀝青按重量份數比10：4混合，攪拌均勻；s4、軋片，將s3中攪拌均勻的原料通過輥軋機壓制成薄片，片厚≤0.5mm，軋輥軋制次數不低于2次；s5、磨粉，將s4得到的粉料在磨粉機上磨粉，磨好粉料粒度-320目≥80%；s6、成型，將s5磨好的料粉在液壓冷等靜壓機上成型，成型壓力≥120mpa，保壓≥40分鐘，卸壓后得到毛坯生料；s7、焙燒，將s6制備好的毛坯生料放入焙燒爐中進行焙燒，其溫度控制方式如下：室溫-300℃，自由升溫，保持2小時；300-750℃，按4℃/h升溫，保持12小時；750-900℃，按8℃/h升溫，保持6小時；900-1200℃，按12℃/h升溫，保持5小時；自然冷卻后，獲得一焙毛坯料；將一焙毛坯料浸漬瀝青，浸漬壓力1.6 mpa，再進行二次焙燒，其溫度控制方式如下：室溫-300℃，自由升溫，保持2小時；300-750℃，按6℃/h升溫，保持9小時；750-900℃，按10℃/h升溫，保持6小時；900-1200℃，按13℃/h升溫，保持4小時；1200-1800℃，按15℃/h升溫，保持4小時；自然冷卻后，獲得二焙碳基坯料；s8、浸金屬，焙燒后的碳基坯料在1200℃電爐中預熱2小時，將銅錫合金加入中頻爐中，加熱至1300℃，使其完全熔化成熔體，將熔體倒入碳基坯料中，確保熔體漫過碳基坯料，加熱至1300-1400℃，采用抽真空加壓方式，壓力維持10mpa以上，保壓時間不低于1.5分鐘，倒出合金熔體，自然冷卻至室溫；s9、將浸金屬完成后的坯料取出，加工成所需尺寸精度即可。
9.采用上述工藝，二次焙燒后經1600-1800℃高溫處理，石墨化程度可達48%左右，制品機械強度大大提高，制品的開口氣孔率＞12%，氣孔率降低近50%，浸漬效果更佳，具體性能參數如下表所示。
10.實施例三一種銅碳石墨復合材料的制備工藝，包括如下具體步驟：s1、原料，熟瀝青焦粉，精煉石墨粉，高耐磨炭黑，氧化物陶瓷粉，銅錫合金(cu80-90%、sn10-20%)；所述熟瀝青焦粉，粒度3-10μm，灰分≤0.8%、含硫量≤0.3%、揮發份≤1.5%；所述精煉石墨粉，粒度-320目：70-90%，＋200目≤1.0%，灰分≤0.5%，揮發分≤1.0%；所述高耐磨炭黑，灰分≤0.7%、吸碘值82
±
7g/kg、dbp吸收值102
±
710-5m3/kg；所述氧化物陶瓷粉，粒度5-10μm，有效氧化物含量≥85%，真密度≥2.2g/cm3,水分≤0.5%；所述改質瀝青的軟化點105-120℃，結焦值為≥50%，灰分≤0.50%；s2、干粉混捏，將熟瀝青焦粉，精煉石墨粉，高耐磨炭黑，氧化物陶瓷粉按82：7：6：5重量份數比混合均勻；s3、s3、瀝青粘接，將s2中混好的原料與改質熔化瀝青按重量份數比10：3.9混合，攪拌均勻；s4、軋片，將s3中攪拌均勻的原料通過輥軋機壓制成薄片，片厚≤0.5mm，軋輥軋制次數不低于2次；s5、磨粉，將s4得到的粉料在磨粉機上磨粉，磨好粉料粒度-320目≥80%；s6、成型，將s5磨好的料粉在液壓冷等靜壓機上成型，成型壓力≥120mpa，保壓≥40分鐘，卸壓后得到毛坯生料；s7、焙燒，將s6制備好的毛坯生料放入焙燒爐中進行焙燒，其溫度控制方式如下：室溫-300℃，自由升溫，保持2小時；300-750℃，按4℃/h升溫，保持12小時；750-900℃，按8℃/h升溫，保持6小時；900-1200℃，按12℃/h升溫，保持5小時；自然冷卻后，獲得一焙毛坯料；將一焙毛坯料浸漬瀝青，浸漬壓力1.6 mpa，再進行二次焙燒，其溫度控制方式如下：室溫-300℃，自由升溫，保持2小時；300-750℃，按6℃/h升溫，保持9小時；750-900℃，按10℃/h升溫，保持6小時；900-1200℃，按13℃/h升溫，保持4小時；
1200-1800℃，按15℃/h升溫，保持4小時；自然冷卻后，獲得二焙碳基坯料；s8、浸金屬，焙燒后的碳基坯料在1200℃電爐中預熱2小時，將銅錫合金加入中頻爐中，加熱至1300℃，使其完全熔化成熔體，將熔體倒入碳基坯料中，確保熔體漫過碳基坯料，加熱至1300-1400℃，采用機械加壓方式，壓力維持24mpa以上，保壓時間不低于3分鐘，倒出合金熔體，自然冷卻至室溫；s9、將浸金屬完成后的坯料取出，加工成所需尺寸精度即可。
11.采用上述工藝，制品裝罐時應留有一定間隙，保持3-5mm距離。在罐中，銅合金熔體的高度應高出制品高度15mm以上。上述碳石墨毛坯浸漬不同cu-sn合金性能比較如下表所示。
12.以上所述僅為本發明的較佳實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明專利的限制。在權利要求書所描述的范圍內，本領域技術人員不經創造性勞動即可作出的各種修改和變形仍屬本專利的保護范圍。
技術特征：
1.一種銅碳石墨復合材料的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟：s1、原料，熟瀝青焦粉，精煉石墨粉，高耐磨炭黑，氧化物陶瓷粉，銅錫合金；s2、干粉混捏，將熟瀝青焦粉，精煉石墨粉，高耐磨炭黑，氧化物陶瓷粉按79-83：6-10：4-8：3-7重量份數比混合均勻；s3、瀝青粘接，將s2中混好的原料與改質熔化瀝青按重量份數比10：3-5混合，攪拌均勻；s4、軋片，將s3中攪拌均勻的原料通過輥軋機壓制成薄片，片厚≤0.5mm，軋輥軋制次數不低于2次；s5、磨粉，將s4得到的粉料在磨粉機上磨粉，磨好粉料粒度-320目≥80%；s6、成型，將s5磨好的料粉在液壓冷等靜壓機上成型，成型壓力≥120mpa，保壓≥40分鐘，卸壓后得到毛坯生料；s7、焙燒，將s6制備好的毛坯生料放入焙燒爐中進行焙燒，其溫度控制方式如下：室溫-300℃，自由升溫，保持2小時；300-750℃，按4℃/h升溫，保持12小時；750-900℃，按8℃/h升溫，保持6小時；900-1200℃，按12℃/h升溫，保持5小時；自然冷卻后，獲得一焙毛坯料；將一焙毛坯料浸漬瀝青，浸漬壓力1.6 mpa，再進行二次焙燒，其溫度控制方式如下：室溫-300℃，自由升溫，保持2小時；300-750℃，按6℃/h升溫，保持9小時；750-900℃，按10℃/h升溫，保持6小時；900-1200℃，按13℃/h升溫，保持4小時；1200-1800℃，按15℃/h升溫，保持4小時；自然冷卻后，獲得二焙碳基坯料；s8、浸金屬，焙燒后的碳基坯料在1200℃電爐中預熱2小時，將銅錫合金加入中頻爐中，加熱至1300℃，使其完全熔化成熔體，將熔體倒入碳基坯料中，確保熔體漫過碳基坯料，加熱至1300-1400℃，采用抽真空加壓方式，壓力維持10mpa以上，保壓時間不低于1.5分鐘，倒出合金熔體，自然冷卻至室溫；s9、將浸金屬完成后的坯料取出，加工成所需尺寸精度即可。2.如權利要求1所述的一種銅碳石墨復合材料的制備工藝，其特征在于：所述銅錫合金中各成分含量為：cu80-90%、sn10-20%；所述熟瀝青焦粉，粒度3-10μm，灰分≤0.8%、含硫量≤0.3%、揮發份≤1.5%；所述精煉石墨粉，粒度-320目：70-90%，＋200目≤1.0%，灰分≤0.5%，揮發分≤1.0%；所述高耐磨炭黑，灰分≤0.7%、吸碘值82
±
7g/kg、dbp吸收值(102
±
7)
×
10-5m3/kg；所述氧化物陶瓷粉，粒度5-10μm，有效氧化物含量≥85%，真密度≥2.2g/cm3,水分≤0.5%；所述改質瀝青的軟化點105-120℃，結焦值為≥50%，灰分≤0.50%。3.如權利要求1所述的一種銅碳石墨復合材料的制備工藝，其特征在于，s3中采取改質瀝青作為粘接劑，能有效提高碳基坯料性能。
4.如權利要求1所述的一種銅碳石墨復合材料的制備工藝，其特征在于，s6中根據等靜壓模具尺寸不同，可以得到不同尺寸規格的碳基坯料。5.如權利要求1所述的一種銅碳石墨復合材料的制備工藝，其特征在于，s7中焙燒工藝采取高溫焙燒及加壓浸漬處理，大幅提高碳基坯料性能，有效提高浸漬效率。6.如權利要求1所述的一種銅碳石墨復合材料的制備工藝，其特征在于，s8中采用銅錫合金可有效避免鉛、銻等重金屬對環境污染，大幅提升產品的環境友好度。
技術總結
本發明涉及電接觸用金屬碳石墨復合材料的制備，特別提供了一種用等靜壓成型生產碳石墨毛坯再浸漬銅合金形成銅碳石墨復合材料的方法，包括如下步驟：S1、原料，熟瀝青焦粉，精煉石墨粉，高耐磨炭黑，氧化物陶瓷粉等；S2、干粉混捏，將S1中原料按一定比例混勻；S3、瀝青粘接，將S2中混好的原料與改質熔化瀝青按一定比例混勻；S4、軋片，將S3中原料通過輥軋機壓制成薄片；S5、磨粉，將S4得到的粉料在磨粉機上磨粉；S6、成型，將S5磨好的料粉在液壓冷等靜壓機上成型；S7、焙燒，浸漬瀝青后，再次焙燒；S8、浸金屬；S9、后續加工成型。本發明與現有技術相比，具有生產效率高，產品性能優異，無環境污染等優點。等優點。
