一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型c/c復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于電力機(jī)車用材料開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的復(fù)合材料包括粘結(jié)層、摩擦層，所述粘結(jié)層內(nèi)均勻分布有第一銅材和炭/炭復(fù)合材料；所述粘結(jié)層中，第一銅材占粘結(jié)層總質(zhì)量的30?70％；摩擦層內(nèi)均勻分布有第二銅材和炭/炭復(fù)合材料，第二銅材占摩擦層總質(zhì)量的20?60％。其制備方法為：將碳纖維預(yù)制體設(shè)計(jì)為上下兩層結(jié)構(gòu)；下層結(jié)構(gòu)為粘結(jié)層，上層結(jié)構(gòu)為摩擦層；采用接力式針刺的方法在垂直于鋪層方向引入銅絲或碳纖維束，將上下兩層編織成一個(gè)整體；然后經(jīng)熱解碳沉積、聚合物浸漬?炭化處理得到樣品。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，制備工藝簡單所得產(chǎn)品性能優(yōu)良。
【專利說明】
-種梯度結(jié)構(gòu)金屬型c/c復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明公開了一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于電力 機(jī)車用材料開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力牽引的高速列車是通過受電弓碳滑板上的碳滑條與接觸網(wǎng)導(dǎo)線摩擦接觸，將 電網(wǎng)上的電流傳輸給機(jī)車電力系統(tǒng)，從而供給高速列車動(dòng)力，維持機(jī)車正常運(yùn)行的。
[0003] 目前，廣泛使用的碳滑條有純碳滑條和浸金屬滑條，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。純碳滑條對(duì) 接觸線磨損小，接觸線使用壽命長。缺點(diǎn)是碳條電阻率高，與侶托架粘結(jié)后的粘結(jié)電阻大， 導(dǎo)致承受電流能力有限。據(jù)報(bào)道，單根CH380A型碳滑板僅能承受250~350A電流。浸金屬滑 條通過在碳材料中浸潰大量金屬，降低了電阻率，也降低了粘結(jié)電阻，承受電流能力大大增 強(qiáng)。據(jù)報(bào)道，單根C畑380B型浸金屬碳滑板能承受500A電流。缺點(diǎn)是浸金屬滑板因添加有大 量金屬，對(duì)接觸線的磨損加劇，接觸線使用壽命短。同時(shí)，滑板重量增加，對(duì)接觸線的跟隨性 變差，離線概率增大，電弧損傷加劇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有浸金屬碳滑條重量大、對(duì)導(dǎo)線磨損大，提 出一種具有梯度結(jié)構(gòu)的、輕質(zhì)、低電阻率、對(duì)接觸線磨損小的金屬型C/C復(fù)合材料滑條及其 制備方法和應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料;包括粘結(jié)層（1)、摩擦層(2)，所述粘結(jié) 層（1)、摩擦層(2)構(gòu)成一個(gè)整體;所述粘結(jié)層（1)內(nèi)均勻分布有第一銅材和炭/炭復(fù)合材料； 包括粘結(jié)層（1)、摩擦層(2)，所述粘結(jié)層（1)、摩擦層(2)構(gòu)成一個(gè)整體;所述粘結(jié)層（1)內(nèi)均 勻分布有第一銅材和炭/炭復(fù)合材料;所述粘結(jié)層（1)中，第一銅材占粘結(jié)層（1)總質(zhì)量的 A%，所述A的取值范圍為30-70、優(yōu)選為40-70、進(jìn)一步優(yōu)選為40-60;所述摩擦層(2)內(nèi)均勻 分布有第二銅材和炭/炭復(fù)合材料，第二銅材占摩擦層(2)總質(zhì)量的B%，所述B的取值范圍 為20-60、優(yōu)選為20-50、進(jìn)一步優(yōu)選為30-40;且A減B大于0。為了達(dá)到更好的效果，A減B的取 值為10-20。
[0006] 本發(fā)明一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料;粘結(jié)層（1)與摩擦層(2)的厚度比為1- 2:1-3、優(yōu)選為 1-1.5:1-3 進(jìn)一步優(yōu)選為 1-1.5:2-3。
[0007] 本發(fā)明一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料;粘結(jié)層（1)的厚度為l-8mm、優(yōu)選為3- 8mm、進(jìn)一步優(yōu)選為3-6mm。
[000引本發(fā)明一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料;摩擦層（2)的厚度為12-17mm、優(yōu)選為 12-15mm、進(jìn)一步優(yōu)選為 12-14mm。
[0009] 本發(fā)明一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的制備方法，包括下述步驟：
[0010] 步驟一碳纖維預(yù)制體的制備
[0011] 將碳纖維預(yù)制體設(shè)計(jì)為上下兩層結(jié)構(gòu)；下層結(jié)構(gòu)為粘結(jié)層，上層結(jié)構(gòu)為摩擦層;所 述粘結(jié)層由0°無締炭布，碳纖維網(wǎng)胎、銅材、90°無締炭布、碳纖維網(wǎng)胎、銅材、0°無締炭布依 次循環(huán)疊加，所述摩擦層由單層0°無締炭布，碳纖維網(wǎng)胎、銅材、90°無締炭布、碳纖維網(wǎng)胎 依次循環(huán)疊加，采用接力式針刺的方法在垂直于鋪層方向引入銅絲或碳纖維束，將上下兩 層編織成一個(gè)整體;得到碳纖維預(yù)制體；
[0012] 步驟二沉積熱解碳
[0013] 對(duì)步驟一所得碳纖維預(yù)制體進(jìn)行化學(xué)氣相沉積熱解碳處理，得到孔隙率小于等于 30 %、優(yōu)選為小于等于20 %、進(jìn)一步優(yōu)選為小于等于15 %的C/C復(fù)合材料巧體；
[0014] 步驟=聚合物浸潰-炭化處理
[0015] 對(duì)步驟二所得C/C復(fù)合材料巧體進(jìn)行聚合物浸潰-炭化處理，得到梯度結(jié)構(gòu)金屬型 C/C復(fù)合材料;所述梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的平均密度與步驟二所得的C/C復(fù)合材料 巧體的平均密度之比為1.1-2:1、優(yōu)選為1.1-1.8:1、進(jìn)一步優(yōu)選為1.2-1.5:1。
[0016] 本發(fā)明一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的制備方法，步驟一中所述銅材選自銅 網(wǎng)、短銅絲、銅粉中的至少一種，優(yōu)選為由銅網(wǎng)與短銅絲、銅粉中的至少一種組成;進(jìn)一步優(yōu) 選方案為:所述銅材由短銅絲和/或銅粉與銅網(wǎng)按質(zhì)量比為1:3-4組成。
[0017] 本發(fā)明一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的制備方法，所使用短銅絲的直徑為 0.05~0.2mm，長度為2~20mm。短銅絲的材質(zhì)選自紫銅、憐青銅、黃銅中的一種。所述銅粉的 材質(zhì)選自紫銅、憐青銅、黃銅中的一種。所述銅粉的粒度為100~325目。
[0018] 本發(fā)明一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的制備方法，步驟一所設(shè)計(jì)的上層結(jié)構(gòu) 所用銅材為優(yōu)選為銅網(wǎng)。銅網(wǎng)的材質(zhì)選自紫銅、憐青銅、黃銅中的一種
[0019] 本發(fā)明一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的制備方法，步驟一中所述銅網(wǎng)的目數(shù) 為20~100目。單根網(wǎng)絲的直徑為0.05~0.2mm。
[0020] 本發(fā)明一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的制備方法，步驟一中所述碳纖維預(yù)制 體的孔隙率為60-90%、優(yōu)選為60-80%、進(jìn)一步優(yōu)選為65-75%。
[0021] 本發(fā)明一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的制備方法，步驟二所得C/C復(fù)合材料巧 體的平均密度與步驟一所得的碳纖維預(yù)制體的平均密度之比為1.4-2:1、優(yōu)選為1.4-1.8: Io
[0022] 本發(fā)明一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的制備方法，步驟二化學(xué)氣相沉積熱解 碳處理的條件參數(shù)為：
[0023] 碳源氣體選自丙締、天然氣、甲燒中的至少一種；
[0024] 稀釋氣體選自氮?dú)?、氨氣中的至少一種；
[0025] 碳源氣體和稀釋氣體的體積比為0.8-1.2:2.8-3.2、優(yōu)選為1: 3。
[0026] 本發(fā)明一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的制備方法，步驟S中，聚合物浸潰-炭 化處理所用聚合物浸潰液為樹脂溶液。優(yōu)選為漸青和巧喃樹脂組成的混合溶液或巧喃樹脂 溶液。
[0027] 本發(fā)明一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的制備方法，步驟S中，將步驟二所得C/ C復(fù)合材料巧體置于40-80°C、優(yōu)選為50-70°C、進(jìn)一步優(yōu)選為55-65°C的聚合物浸潰液中，采 用加壓浸潰的方式浸潰處理1-3小時(shí)后，升溫至180-210°C進(jìn)行固化處理2.5-3.5小時(shí)；固化 完成后進(jìn)行炭化處理，炭化處理時(shí)，控制溫度為830-880°C，單次炭化處理的時(shí)間為40-60小 時(shí);按浸潰/固化/炭化處理的方式循環(huán)操作直至得到致密度>95 %的梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù) 合材料。所述梯度結(jié)構(gòu)金屬型c/c復(fù)合材料的平均密度與步驟二所的c/c復(fù)合材料巧體的平 均密度之比為1.1-2:1、優(yōu)選為1.1-1.8:1、進(jìn)一步優(yōu)選為1.2-1.5:1。
[00%]本發(fā)明步驟=中，采用加壓浸潰時(shí)，控制浸潰壓力為l-3MPa。
[0029] 本發(fā)明一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的應(yīng)用;包括用作受電弓滑板。
[0030] 本發(fā)明一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的應(yīng)用;包括用作受電弓滑板;用作受電 弓滑板時(shí)，控制粘結(jié)層的厚度為4-6mm、優(yōu)選為5mm，摩擦層厚度控制為12-14mm、優(yōu)選為 13inm O
[0031] 本發(fā)明一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的應(yīng)用;包括用作受電弓滑板;粘結(jié)層通 過粘接劑與金屬托架相連。
[0032] 原理和優(yōu)勢(shì)
[0033] (1)在預(yù)制體的下層結(jié)構(gòu)中，添加適量的銅，利用銅優(yōu)異的導(dǎo)電性，確保碳滑條與 侶托架粘結(jié)后的粘結(jié)電阻低，進(jìn)而使得在大電流情況下，滑板的溫度不會(huì)顯著升高。
[0034] (2)在預(yù)制體的上層結(jié)構(gòu)中，添加的適量的銅，通過調(diào)整銅、碳的比例，既保證碳滑 條低電阻率，又減少了銅對(duì)接觸線的粘著磨損，從而達(dá)到了延長了接觸線的使用壽命。
[0035] (3)本發(fā)明在梯度結(jié)構(gòu)W及各參數(shù)條件的協(xié)同作用下，在保證穩(wěn)定受流的情況下， 碳滑條的密度降低，整個(gè)碳滑板重量減小，改善了碳滑板對(duì)接觸線的跟隨性，減小碳滑板離 線概率，降低碳滑板遭受的電弧損傷。
【附圖說明】
[0036] 附圖1為梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037] 具體實(shí)施 [003引對(duì)比例：
[0039] 采用粘結(jié)層和摩擦層銅質(zhì)量含量均為94%的拉體為預(yù)制體，其中，銅網(wǎng)含量為 74%，銅粉含量為20%。通過化學(xué)氣相沉積工藝制備了密度為3. Ig/cm3的復(fù)合材料，再經(jīng)過 兩次樹脂浸潰-炭化工藝，制備了密度為3.4g/cm3的金屬型C/C滑條，具體性能見表1。
[0040] 實(shí)施例1:
[0041 ]采用粘結(jié)層銅質(zhì)量含量為94%，摩擦層銅質(zhì)量含量為20%的拉體為預(yù)制體，通過 化學(xué)氣相沉積工藝制備了殘余孔隙率為15%的復(fù)合材料，通過兩次樹脂浸潰-炭化工藝， 制備了平均密度為2.4g/cm3的梯度金屬型C/C滑條。
[0042] 具體步驟如下：
[0043] (1)碳纖維預(yù)制體由粘結(jié)層和摩擦層兩部分通過針刺連成一體。粘結(jié)層由0°無締 炭布、碳纖維網(wǎng)胎、銅網(wǎng)、90°無締炭布、碳纖維網(wǎng)胎、銅粉、0°無締炭布依次循環(huán)疊加，銅網(wǎng) 質(zhì)量和銅粉質(zhì)量分別占粘結(jié)層鋪設(shè)總質(zhì)量的74%和20%;摩擦層由0°無締炭布、碳纖維網(wǎng) 胎、銅網(wǎng)、90°無締炭布、碳纖維網(wǎng)胎、銅網(wǎng)、0°無締炭布依次循環(huán)疊加，銅網(wǎng)質(zhì)量占摩擦層鋪 設(shè)總質(zhì)量的50%。采用接力式針刺的方法在垂直于鋪層方向引入碳纖維和銅絲，將上下兩 層編織成一個(gè)整體，得到平均密度為1.3g/cm3的碳纖維預(yù)制體。網(wǎng)胎、無締布是采用日本東 麗公司（Toray)生產(chǎn)的PAN型T700 (12K)碳纖維制成。
[0044] (2)采用丙締為碳源氣體，氮?dú)鉃橄♂寶猓喤c氮?dú)獾捏w積比為1:3,利用化學(xué)氣 相滲透法對(duì)預(yù)制體在850°C下沉積熱解碳，得到開孔率為15%的C/C復(fù)合材料巧體。所述C/C 復(fù)合材料巧體的平均密度為2. Og/cm3。
[0045] (3)將上述C/C復(fù)合材料巧體放入真空-壓力浸潰罐中，W巧喃樹脂為浸潰劑，采用 高壓浸潰工藝處理。浸潰前，試樣應(yīng)先預(yù)熱，浸潰溫度為60°C，浸潰壓力為2MPa，保壓時(shí)間為 1.5小時(shí)。之后，升溫至200°C，保溫約3小時(shí)進(jìn)行固化。固化后轉(zhuǎn)炭化爐進(jìn)行炭化處理，炭化 溫度為850°C，循環(huán)兩次。最終加工成粘結(jié)層厚度為5mm，密度為3.3g/cm3,摩擦層厚度為 13mm，密度為2.1g/cm3的滑條，整個(gè)金屬型碳滑條的平均密度為2.4g/cm3,具體性能見表1。
[0046] 實(shí)施例2:
[0047] 采用粘結(jié)層銅質(zhì)量含量為90 %，摩擦層銅質(zhì)量含量為82%的拉體為預(yù)制體，通過 化學(xué)氣相沉積工藝制備了殘余孔隙率為12%的復(fù)合材料，通過兩次樹脂浸潰-炭化工藝，審U 備了平均密度為2.9g/cm3的梯度金屬型C/C滑條。
[004引具體步驟如下：
[0049] (1)碳纖維預(yù)制體由粘結(jié)層和摩擦層兩部分通過針刺連成一體。粘結(jié)層由0°無締 炭布、碳纖維網(wǎng)胎、銅網(wǎng)、90°無締炭布、碳纖維網(wǎng)胎、短銅絲、無締炭布依次循環(huán)疊加，銅網(wǎng) 質(zhì)量和短銅絲質(zhì)量分別占粘結(jié)層鋪設(shè)總質(zhì)量的68%和22%;摩擦層由0°無締炭布、碳纖維 網(wǎng)胎、銅網(wǎng)、90°無締炭布、碳纖維網(wǎng)胎、銅網(wǎng)、0°無締炭布依次循環(huán)疊加，銅網(wǎng)質(zhì)量占摩擦層 鋪設(shè)總質(zhì)量的82%。采用接力式針刺的方法在垂直于鋪層方向引入碳纖維和銅絲，將上下 兩層編織成一個(gè)整體，得到平均密度為1.70g/cm3的碳纖維預(yù)制體。網(wǎng)胎、無締布是采用日 本東麗公司（Toray)生產(chǎn)的PAN型T700(12K)碳纖維制成。
[0050] (2)采用丙締為碳源氣體，氮?dú)鉃橄♂寶?，丙締與氮?dú)獾捏w積比為1:3,利用化學(xué)氣 相滲透法對(duì)預(yù)制體在850°C下沉積熱解碳，得到開孔率為12%的C/C復(fù)合材料巧體。所述C/C 復(fù)合材料巧體的平均密度為2.6g/cm3。
[0051] (3)將上述C/C復(fù)合材料巧體放入真空-壓力浸潰罐中，W巧喃樹脂為浸潰劑，采用 高壓浸潰工藝處理。浸潰前，試樣應(yīng)先預(yù)熱，浸潰溫度為60°C，浸潰壓力為2MPa，保壓時(shí)間為 1.5小時(shí)。之后，升溫至200°C，保溫約3小時(shí)進(jìn)行固化。固化后轉(zhuǎn)炭化爐進(jìn)行炭化處理，炭化 溫度為850°C，循環(huán)兩次。最終加工成粘結(jié)層厚度為5mm，密度為3.2g/cm3,摩擦層厚度為 13mm，密度為2.8g/cm3的滑條，整個(gè)金屬型碳滑條的平均密度為2.9g/cm3，具體性能見表1。 [0化2]實(shí)施例3:
[0053]采用粘結(jié)層銅質(zhì)量含量為56 %，摩擦層銅質(zhì)量含量為50%的拉體為預(yù)制體，通過 化學(xué)氣相沉積工藝制備了殘余孔隙率為16 %的復(fù)合材料，通過兩次樹脂浸潰-炭化工藝，審U 備了平均密度為2.2g/cm3的梯度金屬型C/C滑條。
[0化4] 具體步驟如下：
[0055] (1)碳纖維預(yù)制體由粘結(jié)層和摩擦層兩部分通過針刺連成一體。粘結(jié)層由0°無締 炭布、碳纖維網(wǎng)胎、銅網(wǎng)、90°無締炭布、碳纖維網(wǎng)胎、銅粉、無締炭布依次循環(huán)疊加，銅網(wǎng)質(zhì) 量和銅粉質(zhì)量分別占粘結(jié)層鋪設(shè)總質(zhì)量的55%和15%;摩擦層由0°無締炭布、碳纖維網(wǎng)胎、 銅網(wǎng)、90°無締炭布、碳纖維網(wǎng)胎、銅網(wǎng)、0°無締炭布依次循環(huán)疊加，銅網(wǎng)的質(zhì)量占摩擦層鋪 設(shè)總質(zhì)量的50%。采用接力式針刺的方法在垂直于鋪層方向引入碳纖維和銅絲，將上下兩 層編織成一個(gè)整體，得到平均密度為1.2g/cm3的碳纖維預(yù)制體。網(wǎng)胎、無締布是采用日本東 麗公司（Toray)生產(chǎn)的PAN型T700 (12K)碳纖維制成。
[0056] (2)采用丙締為碳源氣體，氮?dú)鉃橄♂寶?，丙締與氮?dú)獾捏w積比為1:3,利用化學(xué)氣 相滲透法對(duì)預(yù)制體在850°C下沉積熱解碳，得到開孔率為16%的C/C復(fù)合材料巧體。所述C/C 復(fù)合材料巧體的平均密度為2. Og/cm3。
[0057] (3)將上述C/C復(fù)合材料巧體放入真空-壓力浸潰罐中，W巧喃樹脂為浸潰劑，采用 高壓浸潰工藝處理。浸潰前，試樣應(yīng)先預(yù)熱，浸潰溫度為60°C，浸潰壓力為2MPa，保壓時(shí)間為 1.5小時(shí)。之后，升溫至200°C，保溫約3小時(shí)進(jìn)行固化。固化后轉(zhuǎn)炭化爐進(jìn)行炭化處理，炭化 溫度為850°C。循環(huán)兩次。最終加工成粘結(jié)層厚度為5mm，密度為2.5g/cm3,摩擦層厚度為 13mm，密度為2.1g/cm3的滑條，整個(gè)金屬型碳滑條的平均密度為2.2g/cm3,具體性能見表1。
[0058] 從下表可W看出，實(shí)施例中摩擦層碳條電阻率滿足技術(shù)要求化Q ? m)，粘結(jié) 電阻與對(duì)比例相當(dāng)，但密度降低15~32%，對(duì)接觸線的質(zhì)量磨損減小37~62%，取得理想的 效果。
[0059] 表1梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C滑條的測(cè)試結(jié)果
[0060]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料;其特征在于:包括粘結(jié)層（1)、摩擦層(2)，所述粘 結(jié)層（1)、摩擦層(2)構(gòu)成一個(gè)整體;所述粘結(jié)層（1)內(nèi)均勻分布有第一銅材和炭/炭復(fù)合材 料;所述粘結(jié)層(1)中，第一銅材占粘結(jié)層（1)總質(zhì)量的A%，所述A的取值范圍為30-70;所述 摩擦層(2)內(nèi)均勻分布有第二銅材和炭/炭復(fù)合材料，第二銅材占摩擦層(2)總質(zhì)量的B %， 所述B的取值范圍為20-60;且A-B大于0。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料;其特征在于:粘結(jié)層（1)與 摩擦層(2)的厚度比為1-2:1-3。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料;其特征在于:粘結(jié)層（1)的 厚度為摩擦層(2)的厚度為12-17mm。4. 一種如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的制備方法，其特征 在于包括下述步驟： 步驟一碳纖維預(yù)制體的制備 將碳纖維預(yù)制體設(shè)計(jì)為上下兩層結(jié)構(gòu)；下層結(jié)構(gòu)為粘結(jié)層，上層結(jié)構(gòu)為摩擦層;所述粘 結(jié)層由0°無煒炭布，碳纖維網(wǎng)胎、銅材、90°無煒炭布、碳纖維網(wǎng)胎、銅材、0°無煒炭布依次循 環(huán)疊加，所述摩擦層由單層0°無煒炭布，碳纖維網(wǎng)胎、銅材、90°無煒炭布、碳纖維網(wǎng)胎依次 循環(huán)疊加，采用接力式針刺的方法在垂直于鋪層方向引入銅絲或碳纖維束，將上下兩層編 織成一個(gè)整體;得到碳纖維預(yù)制體； 步驟二沉積熱解碳 對(duì)步驟一所得碳纖維預(yù)制體進(jìn)行化學(xué)氣相沉積熱解碳處理，得到孔隙率小于等于30% 的C/C復(fù)合材料坯體； 步驟三聚合物浸漬-炭化處理 對(duì)步驟二所得C/C復(fù)合材料坯體進(jìn)行聚合物浸漬-炭化處理，得到梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C 復(fù)合材料;所述梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的平均密度與步驟二所得的C/C復(fù)合材料坯體 的平均密度之比為1.1-2:1。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的制備方法，其特征在于： 步驟一中所述銅材選自銅網(wǎng)、短銅絲、銅粉中的至少一種。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的制備方法，其特征在于： 步驟一中所使用短銅絲的直徑為0.05~0.2mm，長度為2~20mm;所述短銅絲的材質(zhì)選 自紫銅、磷青銅、黃銅中的一種； 步驟一中所述銅粉的材質(zhì)選自紫銅、磷青銅、黃銅中的一種;所述銅粉的粒度為100~ 325 目； 步驟一中所述銅網(wǎng)的目數(shù)為20~100目；單根網(wǎng)絲的直徑為0.05~0.2mm;所述銅網(wǎng)的 材質(zhì)選自紫銅、磷青銅、黃銅中的一種； 步驟一中所述碳纖維預(yù)制體的孔隙率為60-90%。 步驟二所得C/C復(fù)合材料坯體的平均密度與步驟一所得的碳纖維預(yù)制體的平均密度之 比為 1.4-2:1; 步驟二化學(xué)氣相沉積熱解碳處理的條件參數(shù)為： 碳源氣體選自丙烯、天然氣、甲烷中的至少一種； 稀釋氣體選自氮?dú)狻錃庵械闹辽僖环N； 碳源氣體和稀釋氣體的體積比為08. -1.2:2.8-3.2; 步驟三中，聚合物浸漬-炭化處理所用聚合物浸漬液為樹脂溶液。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的制備方法，其特征在于： 步驟三中，將步驟二所得C/C復(fù)合材料坯體置于40-80 °C、優(yōu)選為50-70°C、進(jìn)一步優(yōu)選 為55-65Γ的聚合物浸漬液中，采用加壓浸漬的方式浸漬處理1-3小時(shí)后，升溫至180-210°C 進(jìn)行固化處理2.5-3.5小時(shí)；固化完成后進(jìn)行炭化處理，炭化處理時(shí)，控制溫度為830-880 °C，單次炭化處理的時(shí)間為40-60小時(shí)；按浸漬/固化/炭化處理的方式循環(huán)操作直至得到致 密度>95 %的梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的制備方法，其特征在于： 采用加壓浸漬時(shí)，控制浸漬壓力為l-3MPa。9. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的制備方法，其 特征在于:包括用作受電弓滑板。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種梯度結(jié)構(gòu)金屬型C/C復(fù)合材料的應(yīng)用;其特征在于：用作 受電弓滑板時(shí)，控制粘結(jié)層的厚度為4_6mm、摩擦層厚度控制為12-18mm、且粘結(jié)層通過粘接 劑與金屬托架相連。
【文檔編號(hào)】C04B35/83GK105904969SQ201610169525
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年3月23日
【發(fā)明人】肖鵬, 方華嬋
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)