本發(fā)明屬于復合材料制備技術領域，特別是涉及一種制備高浸漬量碳銅復合材料的連續(xù)化熱等靜壓浸漬方法。

背景技術：

碳銅復合材料將碳材料優(yōu)良的潤滑性能與銅材料優(yōu)異的導電、導熱性能相結(jié)合，獲得優(yōu)越的導電導熱、減摩擦、抗磨損性能，廣泛應用于集成電路基板、高性能電刷、電器開關觸頭、發(fā)動機集電環(huán)、可控硅支撐電極和電力機車受電弓滑板等。近年，我國高鐵行業(yè)發(fā)展迅猛，碳銅復合材料滑板迎來好的機遇。

目前，高性能碳銅復合材料的生產(chǎn)工藝主要為熱等靜壓浸漬法，具有浸漬壓力較高、均勻性優(yōu)異等優(yōu)勢，但在浸漬效率等方面存在一些問題，浸漬完成、冷卻后才能出料，且需要將包覆在碳銅復合材料周圍多余的銅除去，如中國專利申請?zhí)朜o.201010106908.2的發(fā)明申請?zhí)峁┝恕环N銅/石墨復合材料及其制造方法’，浸漬完成后冷卻得到包覆石墨料塊的銅包套，需采用機械加工的方法解剖銅包套，才能得到銅/石墨復合材料成品。

此外，現(xiàn)有技術中通過在爐體上部添加進出料工裝系統(tǒng)，利用可軸向移動的進出料桿實現(xiàn)熱態(tài)進出料的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。但基于目前的熱等靜壓浸漬設備，在浸漬完成后，由于爐膛內(nèi)外存在壓力差，需將爐內(nèi)壓力泄至常壓的狀態(tài)下才可將浸漬料從坩堝中提出進行冷卻(防止進出料桿在爐內(nèi)高壓的作用下失效)，此時由于無外壓保護，銅從熔體逐漸凝固的過程中，銅熔液存在從碳材料孔洞中流出的現(xiàn)象，很難獲得高浸漬量。

因此，為了實現(xiàn)高浸漬量碳銅復合材料的連續(xù)化熱等靜壓浸漬，需對浸漬工藝及設備進行改進。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種制備高浸漬量碳銅復合材料的連續(xù)化熱等靜壓浸漬方法，解決無法連續(xù)生產(chǎn)、效率低以及冷卻過程中出現(xiàn)的銅液流失的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術方案：

本發(fā)明提供一種制備高浸漬量碳銅復合材料的連續(xù)化熱等靜壓浸漬方法，該方法包括如下步驟：

(1)原料準備：根據(jù)碳銅復合材料的化學成分，按以下體積百分比配料：碳65～85vol％、其余為銅；

(2)將銅錠放置在坩堝中，抽真空，升溫使銅錠充分熔化；

(3)利用工裝系統(tǒng)將待浸漬的碳浸入坩堝的銅熔液中；

(4)通入氬氣達到浸漬壓力，待溫度穩(wěn)定后，保溫一段時間使浸漬充分；

(5)浸漬完成后，卸除部分壓力至冷卻壓力，冷卻壓力為浸漬壓力的30％-70％，同時控制工裝系統(tǒng)將浸漬完成的碳銅復合材料從坩堝熔液中緩慢提出；

(6)在爐膛內(nèi)保持冷卻壓力的條件下，控制工裝系統(tǒng)緩慢提升，同時浸漬碳銅復合材料中的銅熔體緩慢冷卻；

(7)當凝固完成后，將爐膛內(nèi)的壓力卸至常壓，在氬氣保護條件下，將浸漬碳銅復合材料從爐膛內(nèi)取出并轉(zhuǎn)移至氬氣手套箱中繼續(xù)冷卻至室溫，即得高浸漬量碳銅復合材料產(chǎn)品；

(8)根據(jù)坩堝內(nèi)的剩余銅熔液量合理添加銅錠，連續(xù)生產(chǎn)高浸漬量碳銅復合材料產(chǎn)品。

該方法適合于高導熱、高導電碳/純銅復合材料的高浸漬量、連續(xù)化熱等靜壓浸漬。

所述步驟(1)中，所述碳為石墨或碳/碳復合材料；銅為工業(yè)純銅，銅含量大于99.5％。

所述步驟(2)中，抽真空至5～20Pa，升溫至1200～1300℃，保溫時間為2～3h。

所述步驟(4)中，浸漬壓力為15～20MPa，保溫時間為15～30min。

所述步驟(5)中，卸除部分壓力至冷卻壓力，冷卻壓力為5～14MPa。

所述步驟(6)中，在保持壓力穩(wěn)定的條件下緩慢提升工裝系統(tǒng)，提升速率根據(jù)浸漬碳銅復合材料的冷卻速率而定，使浸漬碳銅復合材料在到達進出料口前已完全凝固。

該浸漬方法浸漬量達理論浸漬量的98～100％。

該熱等靜壓浸漬方法完成以下連續(xù)化生產(chǎn)：在熱態(tài)下，從熱等靜壓浸漬設備的爐膛上部進出料口取出浸漬完成的碳銅復合材料，然后補充銅錠，浸漬下一產(chǎn)品。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1、浸漬完成后，在保持外壓的條件下進行冷卻，能夠使碳銅復合材料中浸漬的銅熔液完全保留，達到最優(yōu)性能；

2、從上部進出料口進行碳銅復合材料以及銅錠的進出料，與從下料口補充銅錠的方式相比，下部加熱保溫系統(tǒng)無需經(jīng)受反復的升降溫過程，加熱隔熱系統(tǒng)(特別是發(fā)熱體)能夠更好地穩(wěn)定工作，使得作業(yè)連續(xù)，生產(chǎn)效率高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明熱等靜壓浸漬設備結(jié)構(gòu)示意圖。

其中的附圖標記為：

1 伺服機構(gòu)

2 工裝系統(tǒng)

3 爐膛

4 浸漬碳材料

5 坩堝

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行進一步說明。

本發(fā)明提供一種制備高浸漬量碳銅復合材料的連續(xù)化熱等靜壓浸漬方法，對熱等靜壓浸漬設備的進出料工裝進行改進，如圖1所示，熱等靜壓浸漬設備的爐膛3內(nèi)底部設置坩堝5，坩堝5正上方的爐膛3頂部設置有進出料口；工裝系統(tǒng)2從進出料口垂直伸入爐膛3內(nèi)；由伺服機構(gòu)1對工裝系統(tǒng)2的外部壓力P進行精確設置，在爐膛3內(nèi)保持一定壓力的條件下，使工裝系統(tǒng)2能夠以可控的低速率從坩堝5熔液中緩慢提升，當熔體凝固并冷卻后，浸漬碳銅復合材料4升至進出料口即可卸除爐膛3內(nèi)壓力取料。

首先是按所要求的性能進行成分配比，然后在真空條件下將銅錠在坩堝5中加熱熔化，利用工裝系統(tǒng)將待浸漬的碳材料浸入銅熔液中，通入氬氣控制爐內(nèi)壓力為15～20MPa；浸漬完成后，卸除部分壓力至5～14MPa，在爐膛4內(nèi)保持穩(wěn)定壓力的條件下，控制工裝系統(tǒng)將浸漬完成的碳銅復合材料從坩堝5熔液中緩慢提出，與此同時，浸漬碳銅復合材料中的銅熔體在緩慢上升過程中冷卻。當凝固完成后，將爐膛3內(nèi)的壓力卸至常壓，并在氬氣保護條件下將浸漬碳銅復合材料從爐膛3內(nèi)快速取出并轉(zhuǎn)移至氬氣手套箱中繼續(xù)冷卻至室溫，即得高浸漬量碳銅復合材料產(chǎn)品。熱等靜壓浸漬設備設計成可在熱態(tài)下開爐，從上部進出料口進行碳銅復合材料以及銅錠的進出料，滿足連續(xù)浸漬的要求。

具體包括如下步驟：

(1)原料準備：根據(jù)碳銅復合材料的化學成分，按以下體積百分比配料：碳65～85vol％、其余為銅；所述碳為石墨或碳/碳復合材料，銅為工業(yè)純銅，銅含量大于99.5％。

(2)將銅錠放置在坩堝5中，抽真空至5～20Pa，升溫至1200℃～1300℃，保溫時間為2～3h，使銅錠充分熔化。

(3)利用工裝系統(tǒng)2將待浸漬的碳材料浸入坩堝5的銅熔液中。

(4)通入氬氣控制浸漬壓力為15～20MPa，待溫度穩(wěn)定后保溫15～30min，使浸漬充分。

(5)浸漬完成后，卸除部分壓力達到冷卻壓力，冷卻壓力為浸漬壓力的30％-70％，同時控制工裝系統(tǒng)2將浸漬完成的碳銅復合材料從坩堝5熔液中緩慢提出。優(yōu)選地，冷卻壓力為5～14MPa。

(6)在爐膛3內(nèi)保持冷卻壓力的條件下，控制工裝系統(tǒng)2緩慢提升，提升速率根據(jù)浸漬碳銅復合材料的冷卻速率而定，保證浸漬碳銅復合材料在到達進出料口前已完全凝固；在保持外壓的條件下冷卻適合于獲得高浸漬量，使浸漬獲得的銅溶液無流失，完全保留在碳基體中；同時，浸漬碳銅復合材料中的銅熔體緩慢冷卻。

(7)當凝固完成后，將爐膛3內(nèi)的壓力卸至常壓，在氬氣保護條件下，將浸漬碳銅復合材料從爐膛3內(nèi)取出并轉(zhuǎn)移至氬氣手套箱中繼續(xù)冷卻至室溫，即得高浸漬量碳銅復合材料產(chǎn)品，浸漬量達理論浸漬量的98～100％；

(8)根據(jù)坩堝5內(nèi)的剩余銅熔液量合理添加銅錠，即可連續(xù)生產(chǎn)高浸漬量碳銅復合材料產(chǎn)品。

該方法適合于高導熱、高導電碳/純銅復合材料的高浸漬量、連續(xù)化熱等靜壓浸漬。

所述方法可在熱態(tài)下從熱等靜壓浸漬設備的爐膛3上部進出料口取出浸漬完成的碳銅復合材料及補充銅錠，適合于連續(xù)化生產(chǎn)。

實施例1-熱等靜壓浸漬銅復合材料滑板

1、碳銅復合材料的配比為85％碳、15％銅(體積比)；銅為工業(yè)純銅，銅含量大于99.5％；

2、將銅錠放置在坩堝5中，抽真空至5Pa，升溫至1300℃，保溫3h使銅充分熔化；

3、待銅完全熔化后，利用工裝系統(tǒng)2將待浸漬的石墨浸入坩堝5的銅熔液中；

4、通入氬氣控制浸漬壓力為20MPa，待溫度穩(wěn)定后保溫30min使浸漬充分；

5、浸漬完成后，卸除部分壓力至冷卻壓力14MPa，并控制工裝系統(tǒng)2將浸漬完成的碳銅復合材料從坩堝5銅熔液中緩慢提出；

6、在爐膛3內(nèi)保持冷卻壓力為14MPa的條件下，控制工裝系統(tǒng)2緩慢提升，同時浸漬碳銅復合材料中的銅熔體緩慢冷卻；

7、當凝固完成后，將爐膛3內(nèi)的壓力卸至常壓，在氬氣保護條件下將浸漬碳銅復合材料從爐膛3內(nèi)取出并轉(zhuǎn)移至氬氣手套箱中繼續(xù)冷卻至室溫，即得銅復合材料滑板；

8、根據(jù)坩堝內(nèi)的剩余銅熔液量合理添加銅錠，即可連續(xù)生產(chǎn)高浸漬量碳銅復合材料產(chǎn)品，銅的浸漬量達14.7％(體積比)。

實施例2-熱等靜壓浸漬高耐磨性碳銅復合材料

1、碳銅復合材料的配比為65％碳、35％純銅(體積比)；銅為工業(yè)純銅，銅含量大于99.5％；

2、將銅錠放置在坩堝5中，抽真空至20Pa，升溫至1200℃，保溫2h使銅充分熔化；

3、待銅完全熔化后，利用工裝系統(tǒng)2將待浸漬的碳/碳復合材料浸入坩堝5的銅熔液中；

4、通入氬氣控制浸漬壓力為15MPa，待溫度穩(wěn)定后保溫15min使浸漬充分；

5、浸漬完成后，卸除部分壓力至冷卻壓力為5MPa，并控制工裝系統(tǒng)將浸漬完成的碳銅復合材料從坩堝5的銅熔液中緩慢提出；

6、在爐膛內(nèi)保持冷卻壓力為5MPa的條件下，控制工裝系統(tǒng)2緩慢提升，同時浸漬碳銅復合材料中的銅熔體緩慢冷卻；

7、當凝固完成后，將爐膛3內(nèi)的壓力卸至常壓，在氬氣保護條件下將浸漬碳銅復合材料從爐膛3內(nèi)取出并轉(zhuǎn)移至氬氣手套箱中繼續(xù)冷卻至室溫，即得高耐磨性碳銅復合材料產(chǎn)品，與純碳材料相比具有優(yōu)異的耐磨性；

8、根據(jù)坩堝5內(nèi)的剩余銅熔液量合理添加銅錠，即可連續(xù)生產(chǎn)高耐磨性碳銅復合材料產(chǎn)品，銅的浸漬量達35％(體積比)。

實施例3-熱等靜壓浸漬潤滑與導電、耐磨綜合性能優(yōu)異的碳銅復合材料

1、碳銅復合材料的配比為75％碳、25％純銅(體積比)；銅為工業(yè)純銅，銅含量大于99.5％；

2、將銅錠放置在坩堝5中，抽真空至10Pa，升溫至1250℃，保溫2.5h使銅充分熔化；

3、待銅完全熔化后，利用工裝系統(tǒng)2將待浸漬的石墨碳材料浸入坩堝5的銅熔液中；

4、通入氬氣控制浸漬壓力為18MPa，待溫度穩(wěn)定后保溫25min使浸漬充分；

5、浸漬完成后，卸除部分壓力至冷卻壓力為10MPa，并控制工裝系統(tǒng)將浸漬完成的碳銅復合材料從坩堝5的銅熔液中緩慢提出；

6、在爐膛內(nèi)保持冷卻壓力為10MPa的條件下，控制工裝系統(tǒng)2緩慢提升，同時浸漬碳銅復合材料中的銅熔體緩慢冷卻；

7、當凝固完成后，將爐膛3內(nèi)的壓力卸至常壓，在氬氣保護條件下將浸漬碳銅復合材料從爐膛3內(nèi)取出并轉(zhuǎn)移至氬氣手套箱中繼續(xù)冷卻至室溫，即得導電與耐磨綜合性能優(yōu)異的碳銅復合材料產(chǎn)品；

8、根據(jù)坩堝5內(nèi)的剩余銅熔液量合理添加銅錠，即可連續(xù)生產(chǎn)導電與耐磨綜合性能優(yōu)異的碳銅復合材料產(chǎn)品，銅的浸漬量達24.75％(體積比)。