鍍銅碳纖維-石墨-銅基復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、石墨-銅基復(fù)合材料是一類(lèi)廣泛使用的電接觸材料，隨著科技的不斷發(fā)展，對(duì)電接觸材料的性能要求也越來(lái)越高。因此，發(fā)展高性能的石墨-銅基復(fù)合材料是銅基復(fù)合材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。本文采用粉末冶金法制備石墨-銅基復(fù)合材料，系統(tǒng)研究了三種石墨類(lèi)型（普通鱗片石墨、膠體石墨和鍍銅石墨）及其添加量對(duì)目標(biāo)石墨-銅基復(fù)合材料顯微組織、體積密度、電阻率、硬度、抗彎強(qiáng)度以及摩擦磨損性能的影響規(guī)律及其機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:
　　隨著石墨添加量的增大，三種石

2、墨-銅基復(fù)合材料中的銅基體相由連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)向孤立的塊狀結(jié)構(gòu)，密度均不同程度的減小，電阻率變大，硬度和抗彎強(qiáng)度下降。相同石墨添加量的條件下，石墨表面的鍍銅改性改善了石墨-銅之間的浸潤(rùn)性和界面結(jié)合，促進(jìn)了燒結(jié)過(guò)程中銅基體相形成連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此鍍銅石墨-銅基復(fù)合材料的電阻率最低，硬度和抗彎強(qiáng)度最高;膠體石墨對(duì)銅基體的割裂作用最明顯，因此膠體石墨-銅基復(fù)合材料的電阻率最高，硬度和抗彎強(qiáng)度最低;石墨添加量為15wt.％時(shí)，普通石墨-銅基復(fù)

3、合材料和鍍銅石墨-銅基復(fù)合材料的電阻率、硬度和抗彎強(qiáng)度均可達(dá)到實(shí)用電刷的性能要求，然而膠體石墨-銅基復(fù)合材料的力學(xué)性能無(wú)法滿足使用要求。相同摩擦磨損實(shí)驗(yàn)條件下，鍍銅石墨-銅基復(fù)合材料的摩擦系數(shù)最高，磨損量最小;膠體石墨-銅基復(fù)合材料的摩擦系數(shù)最小，磨損量最大;普通石墨-銅基復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損量介于二者之間。
　　采用焦磷酸鹽電鍍銅工藝對(duì)碳纖維表面進(jìn)行連續(xù)鍍覆改性，通過(guò)工藝參數(shù)優(yōu)化，獲得了鍍層包覆完整均勻、結(jié)晶細(xì)致、鍍層結(jié)合力

4、良好且導(dǎo)電性能顯著提高的長(zhǎng)碳纖維鍍銅復(fù)合絲，很好地解決了束狀長(zhǎng)碳纖維連續(xù)鍍銅工藝中易出現(xiàn)的“黑心”和“結(jié)塊”問(wèn)題。
　　為了進(jìn)-步改善石墨-銅基復(fù)合材料的力學(xué)性能和摩擦磨損性能，將上述鍍銅碳纖維復(fù)合添加至三種不同類(lèi)型的石墨-銅基復(fù)合材料中，探究了1wt.％鍍銅碳纖維的添加對(duì)三種類(lèi)型石墨-銅基復(fù)合材料的微觀組織、密度、電阻率、硬度和抗彎強(qiáng)度的影響，對(duì)比分析了復(fù)合添加鍍銅碳纖維前后復(fù)合材料的磨損機(jī)理。結(jié)果表明:鍍銅碳纖維均勻分布于銅基

5、體中，未對(duì)銅基體的連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)造成割裂，無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，復(fù)合材料的密度和電阻率無(wú)明顯變化，硬度和抗彎強(qiáng)度升高;通過(guò)鍍銅碳纖維的復(fù)合添加獲得的鍍銅碳纖維/膠體石墨-銅基復(fù)合材料的強(qiáng)度可以達(dá)到實(shí)用電刷的性能要求。少量的鍍銅碳纖維取代了具有良好潤(rùn)滑作用的石墨會(huì)一定程度的增大目標(biāo)鍍銅碳纖維/石墨-銅基復(fù)合材料的摩擦系數(shù)，降低其相同測(cè)試條件下的磨損量。摩擦磨損過(guò)程中，石墨-銅基復(fù)合材料磨損表面缺陷主要由凹坑和犁溝構(gòu)成，其磨損形式包括:粘著磨損、磨粒磨