最火浅析石墨模具复合材料的性能及应用

浅析石墨模具复合材料的性能及应用

石墨模具复合材料的性能及应用铜-石墨复合材料即具有铜基体的高强度，导热快，导电性好，而电弧烧灼等优异性能，又具有石墨的润滑性能好尤其是高温润滑性好等特点，其综合性能优良，是制备现代自润滑摩擦零部件，电接触到点零部件的理想材料（石墨制品）。需求领域非常广泛，遍布于机械传动，交通，军事，航空航天等需要进行减磨，导电的领域。铜-石墨复合材料有代表行的特色鲜明的应用，主要是在自润滑摩擦于电接触导电功能同事需要的电刷，受电弓滑板等方面。

复合材料是指由两种或两种以上具有不同物理、化学性质的材料，以微观、细观或宏观等不同的结构尺度与层次，经过复杂的空间组合而形成的一个材料系统。复合材料的物理、力学性能与界面性质密切相关。C/Cu复合材料尤其如此。自C/Cu复合材料问世以来，Cu基体与碳增强体的界面就成为关注的焦点。希望Cu与碳增强体有良好的相容性。高温下，液态铜与碳增强体既不润湿也不发生反应。即使在1285℃下，铜与碳也不润湿。这就使制备的C/Cu复合材料的界面只能是机械互锁，结合强度低。当承受载荷时，往往造成碳增强体的拔出、剥离或脱落。为了制备具有优良的物理、力学性能的C/Cu复合材料，关键是改善铜基体与碳增强体的润湿性。

金属基复合材料是包括颗粒、晶须、纤维增强金属基体的复合材料。金属基复合材料兼具金属与非金属的综合性能，材料的强韧性、耐磨性、耐热性、导电导热性及耐候性能适应广泛的工程要求，且比强度、比模量及耐热性超过基体金属，对航空航天等尖端领域的发展具有重要作用其隔热性能优于聚苯乙烯泡沫塑料。在该类材料中，所用基体金属包括轻合金(铝、镁)、高温合金与金属间化合物，以及钢、铜、锌、铅等；增强纤维包括碳(石墨)、碳化硅、硼、氧化铝、不锈钢及钨等纤维；增强颗粒包括碳化硅、氧化铝、碳化硼等；增强晶须包括碳化硅、氧化硅、硼酸铝等。以上各种基体和增强体可组成大量金属基复合材料，但目前多数处于研发阶段，只有少数得到应用。如硼、石墨纤维增强铝(镁)用于卫星、航天飞机结构、空间望远镜部件，碳化硅纤维与颗粒增强钛合金用于大推重比飞机压气机部件，颗粒增强铝基复合材料(PRA)广泛用于航空、航天及汽车、电子领域。在金属基复合材料中颗粒增强铝基复合材料最具发展潜力。该材料具有比强度和比模量高，耐磨性、阻尼性及导热性好，热膨胀系数小等优异性能。其主要应用领域一是航空、航天787⑴0型飞机和它的哥哥们最大的不1样是和军事领域，二是汽车、电子信息和高速机械等民用领域。发展目标是代替铝合金、钦合金、钢等用于制造高性能的构件，减重并提高性能和仪器精度。

铜基复合材料按增强体的不同可分为：硼化物（TiB2，ZrB2，CrB2）增强型、氧化物（A12O3、Y2O3、ZrO2、ThO2、SiO2）增强型、碳化物(ZrC、WC、SiC、NbC、T发展空间也不容小觑aC、TiC)增强型、氮化物(AlN)增强型以及硅化物增强型等。目前常见的增强体还有：Ni2Sn、Fe2Ti、NixTiy、Fe2P、Co2P、Mg3P2等。增强体的形态主要包括纤维、晶须、颗粒等[4]。引入纤维、晶须、陶瓷颗粒等高强度的强化相增强基体显示出良好的发展前景，其方法是向铜基体内植入稳定的高强度第二相，通过冷变形等加工处理，使第二相以弥散的颗粒状或纤维状分布与基体中，达到机械能和电导性能的最佳性能佳匹配。

铜基复合材料依据增强相的形态可分为：颗粒（B、C、SiC、B4C、Si3N4、WC、Mo2C、ZrO2、ZrB2、A1203、碳纳米管和石墨）增强铜基复合材料、纤维（C纤维、Ti纤维、B纤维）增强铜基复合材料、晶须（SiC晶须）增强铜基复合材料等。

石墨/铜基复合材料不仅具有铜的良好的强度、硬度，优良的导电、导热、耐蚀性，对铝材料性能的提升有着显著的效果还具有石墨良好的自润滑性、高熔点、抗熔焊性和耐电弧烧蚀性，现已应用于电接触材料、摩擦材料、导电材料、含油轴承和机械零件材料（如：电机用电刷，小型精密自润滑轴承，接触导线、受电弓、极靴和其它集电器电接触部件[5]等），特别是作为受电弓滑板材料和电刷材料，有着广泛的应用。提高石墨/铜复合材料的综合性能一直以来都是科研人员研究的主要内容。目前，对于石墨/铜复合材料的研究主要集中在界面问题、添加物及纤维增强等方面。