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)合材料是一類廣泛使用的電接觸材料，隨著科技的不斷發(fā)展，對電接觸材料的性能要求也越來越高。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)研究了三種石墨類型（普通鱗片石墨、膠體石墨和鍍銅石墨）及其添加量對目標(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-銅之間的浸潤性和界面結(jié)合，促進(jìn)了燒結(jié)過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，硬度和抗彎強度最高;膠體石墨對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，硬度和抗彎強度最低;石墨添加量為15wt.％時，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、硬度和抗彎強度均可達(dá)到實用電刷的性能要求，然而膠體石墨-銅基復(fù)合材料的力學(xué)性能無法滿足使用要求。相同摩擦磨損實驗條件下，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碳纖維表面進(jìn)行連續(xù)鍍覆改性，通過工藝參數(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碳纖維鍍銅復(fù)合絲，很好地解決了束狀長碳纖維連續(xù)鍍銅工藝中易出現(xiàn)的“黑心”和“結(jié)塊”問題。
　　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三種類型石墨-銅基復(fù)合材料的微觀組織、密度、電阻率、硬度和抗彎強度的影響，對比分析了復(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，未對銅基體的連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)造成割裂，無團(tuán)聚現(xiàn)象，復(fù)合材料的密度和電阻率無明顯變化，硬度和抗彎強度升高;通過鍍銅碳纖維的復(fù)合添加獲得的鍍銅碳纖維/膠體石墨-銅基復(fù)合材料的強度可以達(dá)到實用電刷的性能要求。少量的鍍銅碳纖維取代了具有良好潤滑作用的石墨會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)，降低其相同測試條件下的磨損量。摩擦磨損過程中，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