本發(fā)明涉及材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種銅碳復(fù)合材料及其制備方法和裝置。

背景技術(shù)：

隨著復(fù)合材料的快速發(fā)展，復(fù)合材料以其優(yōu)越的性能被各個領(lǐng)域廣泛的使用。例如，碳/銅復(fù)合材料就以其優(yōu)越的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、減摩擦、抗磨損性能而被廣泛地運用，其中，受電弓滑板就應(yīng)用了碳/銅復(fù)合材料。受電弓滑板是電力機車十分重要的集電元件，隨著我國電力機車高速化的不斷發(fā)展，受電弓滑板對滑板材料的要求不斷地提高，現(xiàn)有的滑板已不能滿足電力機車對滑板的要求?，F(xiàn)有的滑板通常有純碳滑板、粉末冶金滑板、浸金屬碳滑板以及碳纖維復(fù)合材料滑板。

其中，浸金屬碳滑板是將普通碳滑板在高溫高壓下浸漬液態(tài)金屬而成。這就使得液態(tài)金屬滲入到碳材料的孔隙中，然后，在碳基體中形成細(xì)密的金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而減小接觸電阻，以提高滑板強度，并使碳基體增強潤滑性，延長接觸網(wǎng)導(dǎo)線的使用壽命。

但是，在制作浸金屬碳滑板的工藝中，首先使用石墨及碳材料混料成型燒結(jié)，然后，在高溫高壓下浸金屬液體。由于該工藝生產(chǎn)工藝復(fù)雜，燒結(jié)后的碳材料中經(jīng)常出現(xiàn)洞孔分布不均勻的現(xiàn)象，進(jìn)而使得金屬液無法均勻地浸入洞孔，造成其產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)指標(biāo)表里不一，并且在使用時可靠性差。

除了上述列舉的幾種滑板之外，現(xiàn)有技術(shù)中還提出了另一種銅碳受電弓復(fù)合材料的制備方法，該方法首先利用固氣共晶定向凝固法方法制備規(guī)則式多孔銅合金或多孔純銅,使其作為銅碳復(fù)合材料的基體骨架石墨粉與粘接劑混合均勻后在壓力作用下均勻壓入銅基規(guī)則孔內(nèi)部,燒結(jié)后形成自潤滑式銅碳型受電弓復(fù)合材料。

但是，該方法存在兩個致命缺陷：1)用固氣共晶定向凝固法又稱為Gasar工藝，制作的放射狀的泡沫銅孔徑大小不一，從外到里氣孔孔徑逐漸增大，孔密度減小造成銅碳復(fù)合材料組織結(jié)構(gòu)不均勻，綜合機械性能差；2)用有機樹脂作為結(jié)合劑，樹脂存在于組織結(jié)構(gòu)中，當(dāng)滑板和接觸線網(wǎng)產(chǎn)生電弧時，高溫使樹脂軟化炭化，磨損急及增大，滑板失效造成行車事故。

針對現(xiàn)有技術(shù)中制備的銅碳復(fù)合材料的機械性差而導(dǎo)致的可靠性較差的技術(shù)問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種銅碳復(fù)合材料及其制備方法和裝置，以緩解由于現(xiàn)有技術(shù)中制備的銅碳復(fù)合材料的機械性差而導(dǎo)致的可靠性較差的技術(shù)問題。

本發(fā)明實施例的一個方面，提供了一種銅碳復(fù)合材料的制備方法，包括：通過電沉積設(shè)備制備三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料，其中，所述三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中包括多個孔，并且多個孔中任意兩個孔的直徑誤差小于預(yù)設(shè)差值；在目標(biāo)粉末中加入樹脂材料，得到目標(biāo)膏狀物，其中，所述目標(biāo)粉末中包含至少一種粉末；將所述目標(biāo)膏狀物在真空狀態(tài)下注入至所述三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中，得到初始銅碳復(fù)合材料，并對所述初始銅碳復(fù)合材料進(jìn)行固化處理；將固化處理之后的所述初始銅碳復(fù)合材料依次進(jìn)行碳化、浸漬和復(fù)燒處理之后，得到目標(biāo)銅碳復(fù)合材料。

進(jìn)一步地，所述目標(biāo)粉末包含以下至少之一：石墨粉、二硅化鉬粉、錫粉、鉛粉、石墨烯、短切碳纖維；所述樹脂材料包括以下任一種：改性環(huán)氧樹脂、改性酚醛樹脂、聚芳基乙炔樹脂、呋喃樹脂。

進(jìn)一步地，所述石墨粉包括：天然石墨粉，或者，人造石墨粉，其中，所述石墨粉粒度為0.05～0.001毫米。

進(jìn)一步地，所述三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料的孔隙度為10～40，所述三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料的孔隙率為40％～95％，所述三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料的孔隙尺寸為0.3～2.0毫米。

進(jìn)一步地，通過電沉積設(shè)備制備三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料包括：以聚氨酯海綿為基體，通過銅材料對所述聚氨酯海綿依次進(jìn)行前處理、化學(xué)鍍、電沉積、燒結(jié)、還原熱處理之后，得到所述三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料，其中，所述電沉積的時間用于確定所述孔隙度、所述孔隙率、所述孔隙尺寸，所述銅材料包括純銅材料或者銅合金。

進(jìn)一步地，將固化處理之后的所述初始銅碳復(fù)合材料料依次進(jìn)行碳化、浸漬和復(fù)燒處理之后，得到目標(biāo)銅碳復(fù)合材料包括：將所述初始銅碳復(fù)合材料在600～800℃下進(jìn)行炭化，其中，碳化之后的所述三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中不包含所述樹脂材料；將碳化之后的所述初始銅碳復(fù)合材料在真空中浸漬樹脂；將浸漬樹脂之后的所述初始銅碳復(fù)合材料進(jìn)行至少一次復(fù)燒，得到所述目標(biāo)銅碳復(fù)合材料，其中，所述復(fù)燒的溫度區(qū)域間為600～800℃。

本發(fā)明實施例的另一個方面，還提供了一種銅碳復(fù)合材料的制備裝置，包括：制備單元，所述制備單元設(shè)置于電沉積設(shè)備中，用于制備三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料，其中，所述三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中包括多個孔，并且多個孔中任意兩個孔的直徑誤差小于預(yù)設(shè)差值；添加單元，用于在目標(biāo)粉末中加入樹脂材料，得到目標(biāo)膏狀物，其中，所述目標(biāo)粉末中包含至少一種粉末；注入單元，用于將所述目標(biāo)膏狀物在真空狀態(tài)下注入至所述三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中，得到初始銅碳復(fù)合材料，并對所述初始銅碳復(fù)合材料進(jìn)行固化處理；處理單元，用于將固化處理之后的所述初始銅碳復(fù)合材料依次進(jìn)行碳化、浸漬和復(fù)燒處理之后，得到目標(biāo)銅碳復(fù)合材料。

進(jìn)一步地，所述目標(biāo)粉末包含以下至少之一：石墨粉、二硅化鉬粉、錫粉、鉛粉、石墨烯、短切碳纖維；所述樹脂材料包括以下任一種：改性環(huán)氧樹脂、改性酚醛樹脂、聚芳基乙炔樹脂、呋喃樹脂。

進(jìn)一步地，所述石墨粉包括以下任一種：天然石墨粉，或者，人造石墨粉，其中，所述石墨粉粒度為0.05～0.001毫米。

本發(fā)明實施例的另一個方面，還提供了一種銅碳復(fù)合材料，其中，該銅碳復(fù)合材料采用上述任一項所述的制備方法進(jìn)行制備。

在本發(fā)明實施例中，首先通過電沉積設(shè)備制備具有均勻孔徑的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料，然后，將目標(biāo)粉末與樹脂材料混合之后得到的膏狀物在真空狀態(tài)下注入至三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中，并對注入膏狀物的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料依次進(jìn)行固化，碳化，浸漬和復(fù)燒處理，得到復(fù)合銅材料。相對于現(xiàn)有技術(shù)中，采用本發(fā)明實施例中提供的方法得到的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中孔洞的尺寸較為均勻，因此，本發(fā)明實施例中得到的多孔銅材料組織結(jié)構(gòu)較為均為，機械性能較好，從而達(dá)到了提高銅碳復(fù)合材料的機械性能的目的，進(jìn)而以緩解由于現(xiàn)有技術(shù)中制備的銅碳復(fù)合材料的機械性差而導(dǎo)致的可靠性較差的技術(shù)問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種銅碳復(fù)合材料的制備方法的流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種可選的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種可選地銅碳復(fù)合材料的制備方法的流程圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種可選地制備三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料的流程圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種銅碳復(fù)合材料的制備裝置的示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種銅碳復(fù)合材料的示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

根據(jù)本發(fā)明實施例，提供了一種銅碳復(fù)合材料的制備方法的實施例，需要說明的是，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執(zhí)行指令的計算機系統(tǒng)中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種銅碳復(fù)合材料的制備方法的流程圖，如圖1所示，該方法包括如下步驟：

步驟S102，通過電沉積設(shè)備制備三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料，其中，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中包括多個孔，并且多個孔中任意兩個孔的直徑誤差小于預(yù)設(shè)差值。

在本發(fā)明實施例中，通過采用電沉積設(shè)備多孔銅材料，其中，制備得到的多孔銅材料為具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料。在該多孔銅材料中包括多個孔，并且任意兩個孔之間的直徑差小于一定值(即，上述預(yù)設(shè)差值)，例如，任意兩個孔之間的直徑差小于0.1毫米。圖2為通過電沉積設(shè)備制備的一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料，從圖2中可以看出，通過電沉積設(shè)備制備的多孔銅材料銅孔大小均勻，任意兩個孔之間的直徑差較小。

上述電沉積設(shè)備可以為一種采用電沉積技術(shù)的設(shè)備，具體地，在本發(fā)明實施例中不做具體限定。

步驟S104，在目標(biāo)粉末中加入樹脂材料，得到目標(biāo)膏狀物，其中，目標(biāo)粉末中包含至少一種粉末。

在本發(fā)明實施例中，在通過電沉積設(shè)備制備三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料之后，就可以通過目標(biāo)粉末和樹脂材料制備目標(biāo)膏狀物(下述均簡稱為膏狀物)。然后，執(zhí)行步驟S106，即將膏狀物注入至三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中。

在制備膏狀物的過程中，可以首先在多種粉末中選取至少一種粉末，然后，按照一定的配比將至少一種粉末進(jìn)行混合?？蛇x地，可以將按照一定配比選取的至少一種粉末放入至高速混煉機中進(jìn)行充分混合。混合均勻后，在混煉機中加入樹脂材料和相應(yīng)地固化劑，進(jìn)而煉成具有流動性的膏狀物，最后，就可以將膏狀物通過真空高壓注入三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中。

在本發(fā)明實施例中，上述目標(biāo)粉末可以選取為以下至少之一：石墨粉、二硅化鉬粉、錫粉、鉛粉、石墨烯、短切碳纖維。其中，石墨粉包括以下任一種：天然石墨粉，或者，人造石墨粉，其中，石墨粉粒度為0.05～0.001毫米。需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，目標(biāo)粉末優(yōu)選為上述6中粉末，但是并不限定目標(biāo)粉末選取為除上述6中粉末之外的其他粉末。

在本發(fā)明實施例中，如果選取的粉末為2種，或者2種以上，那么就需要對選取的多種粉末按照一定比例進(jìn)行配比，其中，進(jìn)行配比的比例并不固定，主要取決于選取的粉末的種類，種類不同的粉末的配比比例相同或者不相同。

在向混揀機中加入的樹脂材料可以選取為以下任一種：改性環(huán)氧樹脂、改性酚醛樹脂、聚芳基乙炔樹脂、呋喃樹脂。需要說明的是，在加入樹脂材料時，同樣是按照一定配比加入，當(dāng)選取的樹脂材料不相同時，加入的配比比例可以相同，可以不相同。

步驟S106，將目標(biāo)膏狀物在真空狀態(tài)下注入至三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中，得到初始銅碳復(fù)合材料，并對初始銅碳復(fù)合材料進(jìn)行固化處理。

在本發(fā)明實施例中，在獲取膏狀物之后，將膏狀物通過真空高壓注入至三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中，得到初始銅碳復(fù)合材料，并對初始銅碳復(fù)合材料進(jìn)行固化處理。

步驟S108，將固化處理之后的初始銅碳復(fù)合材料依次進(jìn)行碳化、浸漬和復(fù)燒處理之后，得到目標(biāo)銅碳復(fù)合材料。

在本發(fā)明實施例中，在將對三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料進(jìn)行進(jìn)行固化處理之后，就可以對固化之后的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料(即，初始銅碳復(fù)合材料)依次進(jìn)行碳化、浸漬和復(fù)燒處理，最終得到目標(biāo)銅碳復(fù)合材料。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，可以進(jìn)行多次復(fù)燒，也就是說，復(fù)燒的次數(shù)可以為一次，還可以為多次，優(yōu)選為2-3次。

在本發(fā)明實施例中，首先通過電沉積設(shè)備制備具有均勻孔徑的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料，然后，將目標(biāo)粉末與樹脂材料混合之后得到的膏狀物在真空狀態(tài)下注入至三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中，并對注入膏狀物的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料依次進(jìn)行固化，碳化，浸漬和復(fù)燒處理，得到復(fù)合銅材料。相對于現(xiàn)有技術(shù)中，采用本發(fā)明實施例中提供的方法得到的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中孔洞的尺寸較為均勻，因此，本發(fā)明實施例中得到的多孔銅材料組織結(jié)構(gòu)較為均為，機械性能較好，從而達(dá)到了提高銅碳復(fù)合材料的機械性能的目的，進(jìn)而以緩解由于現(xiàn)有技術(shù)中制備的銅碳復(fù)合材料的機械性差而導(dǎo)致的可靠性較差的技術(shù)問題。

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種可選地銅碳復(fù)合材料的制備方法的流程圖，如圖3所示，在該方法中，上述步驟S102包括步驟S301：

步驟S301，以聚氨酯海綿為基體，通過銅材料對聚氨酯海綿依次進(jìn)行前處理、化學(xué)鍍、電沉積、燒結(jié)、還原熱處理之后，得到三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料，其中，電沉積的時間用于確定孔隙度、孔隙率、孔隙尺寸，銅材料包括純銅材料或者銅合金。

在本發(fā)明實施例中，可以以聚氨酯海綿為基體，然后，通過銅材料對該基體依次進(jìn)行前處理、化學(xué)鍍、電沉積、燒結(jié)、還原熱處理，在經(jīng)過上述處理之后，得到的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料的孔隙度為10～40％，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料的孔隙率為40％～95％，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料的孔隙尺寸為0.3～2.0毫米，并具有一定的力學(xué)性能，在本發(fā)明實施例中，銅材料可以是純銅或銅合金。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明實施例中，可以通過調(diào)節(jié)電沉積步驟的時間來調(diào)節(jié)孔隙度、孔隙率、孔隙尺寸。

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種可選地制備三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料的流程圖，如圖4所示，在該方法中步驟S108將固化處理之后的所述初始銅碳復(fù)合材料依次進(jìn)行碳化、浸漬和復(fù)燒處理之后，得到目標(biāo)銅碳復(fù)合材料包括如下步驟：

步驟S401，將初始銅碳復(fù)合材料在600～800℃下進(jìn)行炭化，其中，碳化之后的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中不包含樹脂材料；

步驟S402，將碳化之后的初始銅碳復(fù)合材料在真空中浸漬樹脂；

步驟S403，將浸漬樹脂之后的初始銅碳復(fù)合材料進(jìn)行至少一次復(fù)燒，得到目標(biāo)銅碳復(fù)合材料，其中，復(fù)燒的溫度區(qū)域間為600～800℃。

在本發(fā)明實施例中，首先，將固化后的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料(即，初始銅碳復(fù)合材料)放入焙燒爐中，并在保護(hù)氣氛下在600-800℃炭化；然后，將炭化后的初始銅碳復(fù)合材料在真空中再次浸漬樹脂，并在浸漬樹脂之后在600～800℃下進(jìn)行至少一次復(fù)燒，最終，得到耐磨性好，電阻率低的自潤滑性好的具有三維銅骨架結(jié)構(gòu)的目標(biāo)銅碳復(fù)合材料。其中，碳化(carbonization)又稱干餾、炭化、焦化，是指固體或有機物在隔絕空氣條件下加熱分解的反應(yīng)過程或加熱固體物質(zhì)來制取液體或氣體產(chǎn)物的一種方式。

需要說明的是，通過上述描述可知，在向多孔銅材料中注入的膏狀物中包含樹脂材料，那么在執(zhí)行步驟S401的過程中，主要是對膏狀物中的樹脂材料進(jìn)行碳化。樹脂材料經(jīng)過碳化之后，分解得到其他產(chǎn)物，也就是說，碳化之后的初始銅碳復(fù)合材料中不再包含樹脂材料。如果樹脂存在于目標(biāo)銅碳復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)中，那么當(dāng)采用該銅碳復(fù)合材料的受電弓滑板和接觸線網(wǎng)產(chǎn)生電弧時，高溫將使樹脂軟化炭化。樹脂碳化的結(jié)果為材料的磨損迅速增大，如果將該材料應(yīng)用在受電弓滑板領(lǐng)域，那么該滑板將會失效從而造成行車事故。然而，在本發(fā)明實施例中，膏狀物中加入的樹脂材料在碳化處理之后，碳化之后的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中不包含樹脂材料，這就避免了由于樹脂軟化碳化而造成的行車事故的發(fā)生。因此，在本發(fā)明實施例中，通過樹脂材料起到了臨時結(jié)合劑的作用，進(jìn)而進(jìn)一步解決了現(xiàn)有技術(shù)中的滑板在高溫情況下，樹脂材料會軟化碳化的問題。

在本發(fā)明實施例中，對浸漬之后的初始銅碳復(fù)合材料進(jìn)行至少一次復(fù)燒，能夠在某種程度上縮小目標(biāo)銅碳復(fù)合材料中孔距，使得最終得到的目標(biāo)銅碳復(fù)合材料為具有微孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。

綜上，本發(fā)明實施例首先采用電沉積設(shè)備制備的三維銅骨架(即，上述多孔銅材料)，孔徑均勻可控，表里如一，結(jié)構(gòu)均勻，具有氣孔少，結(jié)構(gòu)致密，耐磨性好，抗電弧燒損性強，大大提高了受電弓滑板的使用壽命；并用樹脂做臨時結(jié)合劑，加入石墨粉、二硅化鉬粉、錫粉、鉛粉、石墨烯、短切碳纖維等各種粉體，按不同的比例混成膏狀物，在真空狀態(tài)下填充到三維多孔銅骨架內(nèi)，然后，在常溫或加熱固化。接下來，將固化后的塊狀物放入高溫爐中炭化得到含有微孔的目標(biāo)銅碳復(fù)合材料，再將此目標(biāo)銅碳復(fù)合材料在真空下浸漬酚醛樹脂后在高溫下復(fù)燒，最終得到耐磨性好，電阻率低的自潤滑性好的具有三維銅骨架結(jié)構(gòu)的目標(biāo)銅碳復(fù)合材料。

本發(fā)明實施例還提供了一種銅碳復(fù)合材料的制備裝置，該銅碳復(fù)合材料的制備裝置主要用于執(zhí)行本發(fā)明實施例上述內(nèi)容所提供的銅碳復(fù)合材料的制備方法，以下對本發(fā)明實施例提供的銅碳復(fù)合材料的制備裝置做具體介紹。

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種銅碳復(fù)合材料的制備裝置的示意圖，如圖5所示，該銅碳復(fù)合材料的制備裝置主要包括：制備單元51、添加單元53、注入單元55和處理單元57，其中：

制備單元51，制備單元設(shè)置于電沉積設(shè)備中，用于制備三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料，其中，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中包括多個孔，并且多個孔中任意兩個孔的直徑誤差小于預(yù)設(shè)差值。

在本發(fā)明實施例中，通過采用電沉積設(shè)備中的制備單元制備多孔銅材料，其中，制備得到的多孔銅材料為具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料。在該多孔銅材料中包括多個孔，并且任意兩個孔之間的直徑差小于一定值(即，上述預(yù)設(shè)差值)，例如，任意兩個孔之間的直徑差小于0.1毫米。圖2為通過電沉積設(shè)備制備的一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料，從圖2中可以看出，通過電沉積設(shè)備制備的多孔銅材料銅孔均勻。

上述電沉積設(shè)備可以為一種采用電沉積技術(shù)的設(shè)備，具體地，在本發(fā)明實施例中不做具體限定。

添加單元53，用于在目標(biāo)粉末中加入樹脂材料，得到目標(biāo)膏狀物，其中，目標(biāo)粉末中包含至少一種粉末。

在本發(fā)明實施例中，在通過電沉積設(shè)備制備三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料之后，就可以通過目標(biāo)粉末和樹脂材料制備目標(biāo)膏狀物(下述均簡稱為膏狀物)。然后，執(zhí)行步驟S106，即將膏狀物注入至三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中。

在制備膏狀物的過程中，可以首先在多種粉末中選取至少一種粉末，然后，按照一定的配比將至少一種粉末進(jìn)行混合?？蛇x地，可以將按照一定配比選取的至少一種粉末放入至高速混煉機中進(jìn)行充分混合?；旌暇鶆蚝?，在混煉機中加入樹脂材料和相應(yīng)地固化劑，進(jìn)而煉成具有流動性的膏狀物，最后，就可以將膏狀物通過真空高壓注入三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中。

注入單元55，用于將目標(biāo)膏狀物在真空狀態(tài)下注入至三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中，得到初始銅碳復(fù)合材料，并對初始銅碳復(fù)合材料進(jìn)行固化處理。

在本發(fā)明實施例中，在獲取膏狀物之后，將膏狀物通過真空高壓注入至三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中，得到初始銅碳復(fù)合材料，并對初始銅碳復(fù)合材料進(jìn)行固化處理。

處理單元57，用于將固化處理之后的初始銅碳復(fù)合材料依次進(jìn)行碳化、浸漬和復(fù)燒處理之后，得到目標(biāo)銅碳復(fù)合材料。

在本發(fā)明實施例中，在將對三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料進(jìn)行進(jìn)行固化處理之后，就可以對固化之后的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料(即，初始銅碳復(fù)合材料)依次進(jìn)行碳化、浸漬和復(fù)燒處理，最終得到目標(biāo)銅碳復(fù)合材料。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，可以進(jìn)行多次復(fù)燒，也就是說，復(fù)燒的次數(shù)可以為一次，還可以為多次，優(yōu)選為2-3次。

在本發(fā)明實施例中，首先通過電沉積設(shè)備制備具有均勻孔徑的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料，然后，將目標(biāo)粉末與樹脂材料混合之后得到的膏狀物在真空狀態(tài)下注入至三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中，并對注入膏狀物的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料依次進(jìn)行固化，碳化，浸漬和復(fù)燒處理，得到復(fù)合銅材料。相對于現(xiàn)有技術(shù)中，采用本發(fā)明實施例中提供的方法得到的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中孔洞的尺寸較為均勻，因此，本發(fā)明實施例中得到的多孔銅材料組織結(jié)構(gòu)較為均為，機械性能較好，從而達(dá)到了提高銅碳復(fù)合材料的機械性能的目的，進(jìn)而以緩解由于現(xiàn)有技術(shù)中制備的銅碳復(fù)合材料的機械性差而導(dǎo)致的可靠性較差的技術(shù)問題。

可選地，目標(biāo)粉末包含以下至少之一：石墨粉、二硅化鉬粉、錫粉、鉛粉、石墨烯、短切碳纖維；樹脂材料包括以下任一種：改性環(huán)氧樹脂、改性酚醛樹脂、聚芳基乙炔樹脂、呋喃樹脂。

可選地，石墨粉包括：天然石墨粉，或者，人造石墨粉，其中，石墨粉粒度為0.05～0.001毫米。

可選地，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料的孔隙度為10～40，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料的孔隙率為40％～95％，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料的孔隙尺寸為0.3～2.0毫米。

可選地，制備單元包括：處理模塊，用于以聚氨酯海綿為基體，通過銅材料對聚氨酯海綿依次進(jìn)行前處理、化學(xué)鍍、電沉積、燒結(jié)、還原熱處理之后，得到三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料，其中，電沉積的時間用于確定孔隙度、孔隙率、孔隙尺寸，銅材料包括純銅材料或者銅合金。

可選地，處理單元包括：碳化模塊，用于將所述初始銅碳復(fù)合材料在600～800℃下進(jìn)行炭化，其中，碳化之后的所述三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔銅材料中不包含所述樹脂材料；浸漬模塊，用于將碳化之后的所述初始銅碳復(fù)合材料在真空中浸漬樹脂；復(fù)燒模塊，用于將浸漬樹脂之后的所述初始銅碳復(fù)合材料進(jìn)行至少一次復(fù)燒，得到目標(biāo)銅碳復(fù)合材料，其中，所述復(fù)燒的溫度區(qū)域間為600～800℃。

本發(fā)明實施例還提供了一種銅碳復(fù)合材料，采用上述任一項的制備方法進(jìn)行制備。

在本發(fā)明實施例中，可以采用上述步驟S102至步驟S108中所描述的方法制備目標(biāo)銅碳復(fù)合材料，具體地，通過上述方法制備目標(biāo)銅碳復(fù)合材料的具體過程此處不再贅述。通過上述方法制備的目標(biāo)銅碳復(fù)合材料如圖6所示，該目標(biāo)銅碳復(fù)合材料耐磨性好，電阻率低，并且自潤滑性好。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。