本發(fā)明涉及復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熱等靜壓浸漬系統(tǒng)、方法和碳/金屬?gòu)?fù)合材料。
背景技術(shù)：
碳/金屬?gòu)?fù)合材料具有碳基體以及浸漬金屬的雙重性能，如碳/銅復(fù)合材料，具有碳基體的優(yōu)異潤(rùn)滑、抗磨損性能，同時(shí)具有銅的優(yōu)異導(dǎo)電性能，在電接觸領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。
目前，高性能碳/金屬?gòu)?fù)合材料的制備工藝主要為熱等靜壓浸漬，通過(guò)熱等靜壓的均向浸漬壓力，使得金屬熔液充分滲入碳基體的孔隙中，影響浸漬效果的因素為：熱等靜壓的浸漬壓力和碳基體中的殘余氣體含量，其關(guān)系為：浸漬壓力越高，浸漬越充分，浸漬效果越優(yōu)異；碳基體中的殘余氣體含量越少，浸漬阻力越低，浸漬效果越優(yōu)異。因此，在浸漬前，通過(guò)抽真空將碳基體中的殘余孔隙盡量排出十分必要。如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朜o.200710158757.3的發(fā)明申請(qǐng)?zhí)峁┝恕耙环N炭石墨熱等靜壓浸銀工藝”，是將預(yù)制的銀包石墨錠加熱至銀充分熔化，斷加熱電源，抽真空至真空度為200～1000Pa，其目的在于釋放碳基體中的殘余氣體后充氬，再通電加熱并浸漬，冷卻后經(jīng)機(jī)械加工即得所需浸漬材料。
由于熱等靜壓設(shè)備的原理及結(jié)構(gòu)設(shè)置，真空系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到高真空的狀態(tài)(上述專(zhuān)利為200～1000Pa)，當(dāng)浸漬件尺寸較大時(shí)，炭石墨基體中的殘余氣體在浸漬后期會(huì)形成較高的內(nèi)壓阻力，難以獲得高質(zhì)量的均勻浸漬，同時(shí)該工藝需要在熱等靜壓浸漬前預(yù)先制備銀包石墨錠，工藝流程較長(zhǎng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于上述的分析，本發(fā)明的目的之一，提供一種熱等靜壓浸漬系統(tǒng)，以解決傳統(tǒng)熱等靜壓浸漬系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)在高真空的狀態(tài)下進(jìn)行熱等靜壓浸漬的技術(shù)問(wèn)題。
本發(fā)明的目的之二，提供一種熱等靜壓浸漬方法，以克服傳統(tǒng)熱等靜壓浸漬過(guò)程中內(nèi)部殘余氣體阻礙作用以及工藝不連續(xù)的技術(shù)問(wèn)題。
本發(fā)明的目的之三，提供一種碳/金屬?gòu)?fù)合材料。
為了達(dá)到上述目的之一，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種熱等靜壓浸漬系統(tǒng)，所述熱等靜壓浸漬系統(tǒng)包括包套和熱等靜壓機(jī)；
所述包套包括上端蓋1、高壓進(jìn)氣隔板2、抽真空管3、筒體4、承料隔板6和下端蓋8；
所述高壓進(jìn)氣隔板2設(shè)置在所述上端蓋1上；所述上端蓋1、高壓進(jìn)氣隔板2和下端蓋8將所述筒體4密封連接成一個(gè)密封容器；所述高壓進(jìn)氣隔板2的爆破壓力小于所述上端蓋1其它部分的爆破壓力；
所述抽真空管3通過(guò)所述上端蓋1與所述筒體4連通；
所述承料隔板6將所述筒體4的內(nèi)腔分隔為上內(nèi)腔和下內(nèi)腔；所述上內(nèi)腔和下內(nèi)腔分別用于放置浸漬金屬和待浸工件；所述浸漬金屬置于所述承料隔板6上；所述承料隔板6上分布有若干個(gè)通孔；
所述包套置于所述熱等靜壓機(jī)的工作區(qū)內(nèi)。
進(jìn)一步的，所述高壓進(jìn)氣隔板2的爆破壓力為1～5MPa。
進(jìn)一步的，所述高壓進(jìn)氣隔板2的形狀為圓形，直徑為30～50mm，厚度為0.4～1.0mm。
進(jìn)一步的，所述承料隔板6的厚度為10～15mm；所述通孔的孔徑為10～20mm。
進(jìn)一步的，所述包套為鉬包套。
上述承料隔板6采用多孔結(jié)構(gòu)，一方面是保證承料隔板6上放置的浸漬金屬熔化后，能通過(guò)孔隙流入包套下部，淹沒(méi)待浸工件；另一方面是防止待浸工件在合金熔體的浮力作用下上浮，保證待浸工件始終淹沒(méi)于合金熔體中。高壓進(jìn)氣隔板2的爆破壓力為1～5MPa，一方面保證在浸漬前，包套抽真空并將抽空管道封上后密封，直至浸漬金屬熔化并將待浸漬工件浸沒(méi)；另一方面保證在加壓至超過(guò)爆破壓力時(shí)，高壓進(jìn)氣隔板2破裂，高壓氬氣進(jìn)入包套內(nèi)部，作用在金屬熔液上即開(kāi)始超高壓浸漬。
為了達(dá)到上述目的之二，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種熱等靜壓浸漬方法，所述熱等靜壓浸漬方法采用上述所述的熱等靜壓浸漬系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，包括如下步驟：
步驟一、將浸漬金屬和待浸工件分別裝入包套的上內(nèi)腔和下內(nèi)腔中后密封；
步驟二、通過(guò)抽真空管3抽真空至筒體4內(nèi)的真空度為10-2～10-3Pa后封套；
步驟三、將封套后的包套放進(jìn)熱等靜壓機(jī)內(nèi)進(jìn)行浸漬；
步驟四、浸漬后斷電冷卻，取出包套后去除包套和碳/金屬?gòu)?fù)合材料表面的金屬，得到碳/金屬?gòu)?fù)合材料。
本步驟可采用機(jī)械加工的方法去除包套和碳/金屬?gòu)?fù)合材料表面的金屬。
進(jìn)一步的，步驟一中，所述浸漬金屬完全熔化后至少能填滿(mǎn)空置空間和待浸工件的內(nèi)部孔隙；
所述空置空間為所述下內(nèi)腔內(nèi)除所述待浸工件所占據(jù)的空間外的其它空間；所述待浸工件的內(nèi)部孔隙率為10～30％。
進(jìn)一步的，步驟三中的具體過(guò)程為：
步驟31、將封套后的包套置于熱等靜壓機(jī)的工作區(qū)內(nèi)，通入氬氣至0.1MPa，按照5～10℃/min的升溫速率，加熱升溫，直至溫度比所述浸漬金屬的熔點(diǎn)高100～200℃，保溫0.5～2h；該保溫時(shí)間可保證完全熔化后的浸漬金屬覆蓋住所述承料隔板6的上表面。
步驟32、繼續(xù)通入高壓氬氣，直至高壓進(jìn)氣隔板2上的壓力超過(guò)高壓進(jìn)氣隔板2的爆破壓力后破裂，高壓氬氣進(jìn)入包套內(nèi)；
步驟33、繼續(xù)通入高壓氬氣，在50～200MPa的浸漬壓力下，浸漬0.5～2h。
進(jìn)一步的，所述待浸工件為石墨或碳/碳復(fù)合材料；所述浸漬金屬為純鋁、鋁合金、純銀、銀合金、純銅或銅合金中的一種。
上述熱等靜壓浸漬方法，其浸漬金屬的浸漬量為理論浸漬量的99～100％。
為了達(dá)到上述目的之三，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種采用上述所述的熱等靜壓浸漬方法制備的碳/金屬?gòu)?fù)合材料；所述碳/金屬?gòu)?fù)合材料中的碳與金屬體積比為70～90：10～30。
本發(fā)明有益效果如下：
1、本發(fā)明將浸漬金屬和待浸工件置于包套中，采用真空管抽真空，并通過(guò)承受一定壓力的高壓進(jìn)氣隔板，即密封包套預(yù)抽真空的方式，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)熱等靜壓設(shè)備真空系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到高真空的不足，實(shí)現(xiàn)了浸漬前物料處于高真空的狀態(tài)，極大地降低了高壓浸漬時(shí)物料內(nèi)部的殘余氣體含量，保證了內(nèi)部浸漬均勻充分，實(shí)現(xiàn)了大尺寸碳/金屬?gòu)?fù)合材料的高質(zhì)量浸漬。
2、本發(fā)明整個(gè)浸漬工序一步完成，無(wú)需預(yù)先制備金屬包石墨錠，同時(shí)省去了反復(fù)加熱，使得作業(yè)連續(xù)，生產(chǎn)效率高，成本低。
3、本發(fā)明鉬包套可承受的溫度高，可滿(mǎn)足純鋁及鋁合金、純銀及銀合金、純銅及銅合金等金屬的浸漬。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分的從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫(xiě)的說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
附圖說(shuō)明
附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制，在整個(gè)附圖中，相同的參考符號(hào)表示相同的部件。
圖1為本發(fā)明中包套的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，1、上端蓋；2、高壓進(jìn)氣隔板；3、抽真空管；4、筒體；5、浸漬金屬；6、承料隔板；7、待浸工件；8、下端蓋。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖來(lái)具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請(qǐng)一部分，并與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。
本實(shí)施例給出了一種熱等靜壓浸漬系統(tǒng)，該熱等靜壓浸漬系統(tǒng)包括包套和熱等靜壓機(jī)，包套置于熱等靜壓機(jī)的工作區(qū)內(nèi)。熱等靜壓機(jī)主要由主機(jī)系統(tǒng)(筒體和框架)、加熱隔熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、氣體加壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。
本實(shí)施例的包套為鉬包套，其結(jié)構(gòu)參考圖1，包括上端蓋1、高壓進(jìn)氣隔板2、抽真空管3、筒體4、承料隔板6和下端蓋8。其中，高壓進(jìn)氣隔板2設(shè)置在上端蓋1上，且為上端蓋1的一部分。上端蓋1、高壓進(jìn)氣隔板2和下端蓋8將筒體4密封連接成一個(gè)密封容器。高壓進(jìn)氣隔板2的形狀為圓形(即為圓板)，其厚度為0.4～1.0mm，直徑為30～50mm，以保證高壓進(jìn)氣隔板2的爆破壓力小于上端蓋1其它部分的爆破壓力，高壓進(jìn)氣隔板2的爆破壓力優(yōu)選為1～5MPa。當(dāng)高壓進(jìn)氣隔板2上所承受的壓力大于爆破壓力時(shí)，高壓進(jìn)氣隔板2發(fā)生破裂，上端蓋1其它部分不發(fā)生破裂。抽真空管3通過(guò)上端蓋1與筒體4連通，與高壓進(jìn)氣隔板2為非接觸(即抽真空管3設(shè)置在除去高壓進(jìn)氣隔板2的上端蓋1其它部位)。承料隔板6將筒體4的內(nèi)腔分隔為上內(nèi)腔和下內(nèi)腔，上內(nèi)腔和下內(nèi)腔分別用于放置浸漬金屬和待浸工件，浸漬金屬置于承料隔板6上。承料隔板6的厚度為10～15mm，其上分布有若干個(gè)通孔，該通孔的孔徑為10～20mm。
本實(shí)施例將浸漬金屬和待浸工件置于包套中，采用抽真空管抽真空，并通過(guò)承受一定壓力的高壓進(jìn)氣隔板，即密封包套預(yù)抽真空的方式，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)熱等靜壓設(shè)備真空系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到高真空的不足，實(shí)現(xiàn)了浸漬前物料處于高真空的狀態(tài)，極大地降低了高壓浸漬時(shí)物料內(nèi)部的殘余氣體含量，保證了內(nèi)部浸漬均勻充分，實(shí)現(xiàn)了大尺寸碳/金屬?gòu)?fù)合材料的高質(zhì)量浸漬；整個(gè)浸漬工序一步完成，無(wú)需預(yù)先制備金屬包石墨錠，同時(shí)省去了反復(fù)加熱，使得作業(yè)連續(xù)，生產(chǎn)效率高，成本低；鉬包套可承受的溫度高，可滿(mǎn)足純鋁、鋁合金、純銀、銀合金、純銅、銅合金等金屬的浸漬。
下面以具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的熱等靜壓浸漬方法的技術(shù)方案進(jìn)行說(shuō)明。
實(shí)施例1：
制備碳-銅體積比為73:27的碳碳/銅復(fù)合材料
1、將工業(yè)純銅和孔隙率為27％的碳碳復(fù)合材料分別裝入包套的上內(nèi)腔和下內(nèi)腔中后密封，工業(yè)純銅的添加量以完全熔化后能填滿(mǎn)下內(nèi)腔內(nèi)的空置空間和碳碳復(fù)合材料內(nèi)部的孔隙為準(zhǔn)。
其中，工業(yè)純銅的銅含量大于99.5％。
2、通過(guò)抽真空管3抽真空至筒體4內(nèi)的真空度為10-2a后封套。
3、將封套后的包套放入熱等靜壓機(jī)的工作區(qū)內(nèi)，通入氬氣至0.1MPa，按照5℃/min的升溫速率，加熱升溫至1250℃后，保溫1h，充入高壓氬氣，直至壓力大于5MPa(即高壓進(jìn)氣隔板2的爆破壓力)，直徑為30mm、厚度為1mm的高壓進(jìn)氣隔板2發(fā)生破裂，高壓氬氣進(jìn)入包套內(nèi)，進(jìn)一步充入高壓氬氣至150MPa，浸漬1.0h。
4、浸漬完成后，斷電冷卻，將包套取出，并利用機(jī)械加工將包套以及碳/銅復(fù)合材料表面多余的銅去除，即得所需的碳/銅復(fù)合材料產(chǎn)品。
本實(shí)施例銅的浸漬量達(dá)到理論浸漬量的99.8％。
實(shí)施例2：
制備碳-銀體積比為70:30的石墨/銀復(fù)合材料
1、將工業(yè)純銀和孔隙率為30％的石墨分別裝入包套的上內(nèi)腔和下內(nèi)腔中后密封。工業(yè)純銀的添加量以完全熔化后能填滿(mǎn)下內(nèi)腔內(nèi)的空置空間和石墨內(nèi)部的孔隙為準(zhǔn)。其中，工業(yè)純銀的銀含量大于99.5％。
2、通過(guò)抽真空管3抽真空至筒體4內(nèi)的真空度為10-3a后封套。
3、將封套后的包套放入熱等靜壓機(jī)的工作區(qū)內(nèi)，通入氬氣至0.1MPa，按照10℃/min的升溫速率，加熱升溫至1100℃后，保溫0.5h，充入高壓氬氣，直至壓力大于3MPa(即高壓進(jìn)氣隔板2的爆破壓力)，直徑為40mm、厚度為0.7mm的高壓進(jìn)氣隔板2發(fā)生破裂，高壓氬氣進(jìn)入包套內(nèi)，進(jìn)一步充入高壓氬氣升壓至50MPa，浸漬2h。
4、浸漬完成后，斷電冷卻，將包套取出，并利用機(jī)械加工將包套以及碳/銅復(fù)合材料表面多余的銅去除，即得所需的碳/銀復(fù)合材料產(chǎn)品。
本實(shí)施例銀的浸漬量達(dá)到理論浸漬量的99.2％。
實(shí)施例3：
制備碳-銅體積比為80:20的石墨/銅錫合金復(fù)合材料
1、將銅錫合金(錫含量6.5wt.％)和孔隙率為20％的石墨分別裝入包套的上內(nèi)腔和下內(nèi)腔中后密封。銅錫合金的添加量以完全熔化后能填滿(mǎn)下內(nèi)腔內(nèi)的空置空間和石墨內(nèi)部的孔隙為準(zhǔn)。
2、通過(guò)抽真空管3抽真空至筒體4內(nèi)的真空度為10-3a后封套。
3、將封套后的包套放入熱等靜壓機(jī)的工作區(qū)內(nèi)，通入氬氣至0.1MPa，按照7℃/min的升溫速率，加熱升溫至1200℃后，保溫2h，充入高壓氬氣，直至壓力大于4MPa(即高壓進(jìn)氣隔板2的爆破壓力)，直徑為35mm、厚度為0.8mm的高壓進(jìn)氣隔板2發(fā)生破裂，高壓氬氣進(jìn)入包套內(nèi)，進(jìn)一步充入高壓氬氣升壓至180MPa，浸漬1.5h。
4、浸漬完成后，斷電冷卻，將包套取出，并利用機(jī)械加工將包套以及碳/銅復(fù)合材料表面多余的銅錫合金去除，即得所需復(fù)合材料產(chǎn)品。
本實(shí)施例銅錫合金的浸漬量達(dá)到理論浸漬量的100％。
實(shí)施例4：
制備碳-鋁體積比為90:10的石墨/鋁復(fù)合材料
1、將工業(yè)純鋁和孔隙率為10％的石墨分別裝入包套的上內(nèi)腔和下內(nèi)腔中后密封。工業(yè)純鋁的添加量以完全熔化后能填滿(mǎn)下內(nèi)腔內(nèi)的空置空間和石墨內(nèi)部的孔隙為準(zhǔn)。
2、通過(guò)抽真空管3抽真空至筒體4內(nèi)的真空度為10-3a后封套。
3、將封套后的包套放入熱等靜壓機(jī)的工作區(qū)內(nèi)，通入氬氣至0.1MPa，按照9℃/min的升溫速率，加熱升溫至800℃后，保溫1.5h，充入高壓氬氣，直至壓力大于1MPa(即高壓進(jìn)氣隔板2的爆破壓力)，直徑為50mm、厚度為0.4mm的高壓進(jìn)氣隔板2發(fā)生破裂，高壓氬氣進(jìn)入包套內(nèi)，進(jìn)一步升壓至200MPa，浸漬0.5h。
4、浸漬完成后，斷電冷卻，將包套取出，并利用機(jī)械加工將包套以及石墨/鋁復(fù)合材料表面多余的鋁去除，即得所需復(fù)合材料產(chǎn)品。
本實(shí)施例鋁的浸漬量達(dá)到理論浸漬量的99.5％。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。