一種銅基滑板材料的制備方法技術

本發明專利技術提供了一種銅基滑板材料的制備方法，屬于功能材料制備技術領域。該方法以銅為基體材料，以碳納米管、鈦硅碳作為增強材料，以石墨為自潤滑耐磨材料，經濕化學法預處理后化學鍍銅。鍍銅碳納米管2.5～90％，鍍銅石墨2.5～90％，鍍銅鈦硅碳2.5～90％，電解銅粉5～90％。將得到的四種原材料的各組分按照配比在球磨機中球磨，達到混合均勻的目的；最后采用真空熱壓燒結爐在高溫高壓下，將四種材料的混合熱壓燒結成有機的整體；再經過一定溫度的保溫處理，達到結構穩定的目的，使材料兼具高導電性、高潤滑性、高耐磨性等性能，最終得到性能優異的銅基滑板材料。主要用于軌道交通設備制造。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于材料科學
，特別涉及一種導電材料的制備方法。
技術介紹
隨著社會的發展，對高導電、高耐磨滑板材料的需求越來越多。特別是近幾年來，中國軌道交通蓬勃發展，和諧號動車、高鐵等不斷地改變人們的生活，更是走出國門遠銷海夕卜，使世界都為之驚嘆。而不斷發展的同時，對受電弓滑板材料、接地裝置材料和相關技術的要求越來越高。受電弓滑板材料和接地裝置材料是將電流由一個部件導向另一個部件的滑動或滾動接觸體。其工作條件受惡劣的自然環境、大電流、高速度等的影響，因此需要具有優良的導電性、高強度、性能穩定、質量輕等優點。我國電氣化鐵路不斷發展的過程中，銅合金接觸導線已占總導線量的98%以上，并且我國貨運、客運的發重任決定了電氣化鐵路將著重發展，意味著將最大限度地應用銅合金接觸導線，開發與銅合金接觸導線良好匹配的銅基滑板材料。因此，尋找制備高強度、高沖擊韌性、低電阻系數、底磨耗比的新型銅基滑板材料已然成為我國受電弓滑板材料發展的一個重要方向。對于銅基滑板材料而言有很多的制備方法，在眾多的制備方法中粉末冶金法具有獨特的優勢。近年來，國內外通過粉末表面鍍銅、改變粉末成分和比例、制備條件等展開許多工作。如中國專利申請號:201010580088.0、名稱為“一種銅基受電弓滑板材料的好制備方法”，以彌散強化銅粉為基體，以鍍銅石墨為減磨材料，以錫、鉛金屬粉體為添加劑，混料均勻后經熱壓燒結為受電弓滑板材料，該方法的制備工藝簡單易操作，但是得到的受電弓滑板材料缺少如碳納米管、陶瓷顆粒等增強相，性能上會受到很大的影響；中國專利申請號:201110004880.6、名稱為“以鍍銅碳納米管增強受電弓滑板材料及其制備方法”，通過引入表面鍍銅碳納米管、Ti3SiC2、TiB2粉末原料與銅采用不同的體積比例按照冷壓-燒結-二次冷壓-二次燒結的工藝流程制備出受電弓滑板材料，該制備過程看似工藝簡單，但不能一步到位，同時根據原料的體積比可以推出得到的受電弓滑板材料密度會比較高，給實際應用帶來不便；中國專利申請號:201210442516.2、名稱為“一種碳納米管增強碳鋁銅復合材料滑板的制備方法”，以銅、鋁為基體材料，以碳納米管為增強材料，以碳為自潤滑耐磨材料，同時還含有硫酸鋇、二氧化硅、鎳、錫、鈮成分，按一定的質量比分配，通過冷壓和熱壓結合的方式制備出受電弓滑板材料，達到降低電阻率、提高抗壓強度、延長使用壽命的作用，但在冷壓裝料的的操作容易造成成分不均勻，在后續加熱過程中易出現分層斷裂的情況。加壓與加熱操作分開還有造成操作繁瑣的弊端。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供，它能有效地彌補現有銅基滑板材料性能的不足，而同時又具有高導電、高耐磨和良好機械性能。本專利技術實現其專利技術目的所采用的技術方案是，以銅為基體材料，以碳納米管、鈦硅碳作為增強材料，以石墨為自潤滑耐磨材料，電解銅粉和表面化學鍍銅的碳納米管、石墨、鈦硅碳采用球磨機混合均勻后，直接真空熱壓燒結達到制備滑板材料的目的。其步驟包括:A.采用濕化學法將碳納米管、石墨、鈦硅碳分別進行預處理后再化學鍍銅，經真空干燥、瑪瑙碾磨、過篩，電解銅粉過篩，一并放入臥式球磨機球磨混合均勻；原材料各組分的重量百分比為:電解銅粉5?90 %，鍍銅碳納米管2.5?90 %，鍍銅石墨2.5?90 %，鍍銅鈦娃碳2.5?90% ；B.將上述混合均勻的粉末放入石墨模具中，利用真空熱壓燒結爐加壓達到20?120MPa的壓力，同時升溫到200?1200°C，保壓、保溫0.5?24小時；C.B步保壓、保溫結束后，立即卸壓，并繼續加溫到250?1250°C，保溫時間0.5?24小時，然后自然降溫得到銅基滑板材料。所述的濕化學法預處理，其操作步驟如下:a.材料親水化處理:所述原材料各組分均需在馬弗爐中400°C下燒結40分鐘，冷卻后用去離子水洗滌；b.表面粗化處理:將a步處理后的各組分在粗化溶液中煮沸20分鐘，用去離子水洗至中性，各組分在粗化溶液中的含量為2.4wt% ；c.材料敏化處理:將b步處理后的各組分在敏化溶液中煮沸15分鐘，用去離子水洗至中性，各組分在敏化溶液中的含量為4.8wt % ；d.材料活化處理:將c步處理后的各組分在活化溶液中攪拌4分鐘后，取出濾干，各組分在活化溶液中的含量為4.8wt% ；e.材料還原處理:將d步處理后的各組分在還原溶液中室溫攪拌15分鐘后取出濾干，各組分在還原溶液中的含量為4.Swt %。步驟A中所述的化學鍍銅的鍍液配方為:鍍液中硫酸銅、鋅粉、冰乙酸和1，2，3-苯駢三氮唑的含量分別為5.7wt%U.5wt%U.6wt%^P 0.0lwt% ;鍍銅時間為40分鐘；鍍銅溫度為35 °C。所述粗化溶液是含量為20.0wt %的硝酸溶液。所述敏化溶液是由含量為2.3wt %的鹽酸溶液和2.0wt %的氯化亞錫溶液配制而成。所述活化溶液是由含量為4.4wt%的氨水和0.05wt%的硝酸銀溶液配制而成。所述還原溶液是含量為3.8wt %的次亞磷酸鈉溶液。本專利技術的機理是:因為碳納米管具有較大的強度并兼有金屬和半導體的電學性能，石墨具有優良的可浮性、潤滑性、可塑性，鈦硅碳具有金屬的優異性能、良好的抗熱震性、高溫塑性等特點，所以本專利技術以銅為基體材料，以碳納米管、鈦硅碳作為增強材料，以石墨為自潤滑耐磨材料。將碳納米管、石墨、鈦硅碳表面化學鍍銅，改善碳納米管、石墨分散性，使碳納米管、石墨、鈦硅碳與電解銅粉之間的界面結合問題得到解決；鍍銅處理后將碳納米管、石墨、鈦硅碳與電解銅粉按照上述重量比例在球磨機中球磨，達到四種粉末混合均勻的目的；最后采用真空熱壓燒結爐在高溫高壓下，表面鍍銅的碳納米管、石墨、鈦硅碳粉末與電解銅粉熱壓燒結成有機的整體，達到結構穩定的目的，使材料兼具導電性、潤滑性、耐磨性和力學等性能，最終得到高導電、高耐磨和力學性能優異的銅基滑板材料。本專利技術現有技術相比的優點與效果如下:一、以銅為基體材料、碳系材料(碳納米管和石墨)和陶瓷材料鈦硅碳相結合共同作為增強材料、石墨為自潤滑耐磨材料，合理兼具導電性、潤滑性、耐磨性和力學等性能。制備材料組分少，所得材料應用范圍廣。二、本專利技術中的濕化學鍍銅方法優于一般化學鍍銅，實現過程簡化、成本降低、處理量提尚等效果。三、成型步驟通過熱壓燒結一步完成，操作簡單，特別適合工業化大生產。實驗證明本專利技術的工藝條件易滿足，操作簡單，成本低廉，且制備出的銅基滑板材料導電性、耐磨性、抗弧性能和力學性能均為優秀。【附圖說明】圖1為本專利技術實例一中所得銅基滑板材料產品帶電摩擦磨損后的數碼相機照片。圖2為本專利技術實例一中所得銅基滑板材料產品帶電摩擦磨損前的光學顯微鏡照片。圖3為本專利技術實例一中所得銅基滑板材料產品帶電摩擦磨損后的光學顯微鏡照片。圖4為本專利技術實例一中所得銅基滑板材料產品帶電摩擦磨損后的激光共聚焦照片。【具體實施方式】下面結合附圖和具體的實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明。實施例一:A.將碳納米管、石墨、鈦硅碳經濕化學法預處理后，進行化學鍍銅。然后和電解銅粉一起經真空干燥、瑪瑙碾磨、9號藥典檢驗篩過篩待用。原材料組分的重量百分比為:電解銅粉65%，鍍銅碳納米管10%，鍍銅石墨10%，鍍銅11331(:2粉15%。然后采用臥式球磨機球磨3小時使其混合均勻；B.將上述混合均本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種銅基滑板材料的制備方法，包括化學鍍銅工藝,其步驟如下：A.采用濕化學法將碳納米管、石墨、鈦硅碳分別進行預處理后再化學鍍銅，經真空干燥、瑪瑙碾磨、過篩，電解銅粉過篩，一并放入臥式球磨機球磨混合均勻；原材料各組分的重量百分比為：電解銅粉5～90％，鍍銅碳納米管2.5～90％，鍍銅石墨2.5～90％，鍍銅鈦硅碳2.5～90％；B.將上述混合均勻的粉末放入石墨模具中，利用真空熱壓燒結爐加壓達到20～120MPa的壓力，同時升溫到200～1200℃，保壓、保溫0.5～24小時；C.B步保壓、保溫結束后，立即卸壓，并繼續加溫到250～1250℃，保溫時間0.5～24小時，然后自然降溫得到銅基滑板材料。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：江奇，蔣雪，朱德貴，盧曉英，
申請(專利權)人：西南交通大學，
類型：發明
國別省市：四川;51