物形成元素層結合于碳化物層表面(通過化學鍵結合)。
[0057]金屬基體
[0058]本發(fā)明的金屬基體包括散熱領域可用的金屬(包括純金屬和合金)，沒有特別限制。優(yōu)選地，本發(fā)明的金屬基體包括:銅基體、鋁基體、銀基體等金屬。
[0059]石墨-金屬復合材料
[0060]本發(fā)明的石墨-金屬復合材料包括石墨復合體和金屬基體兩部分，當已鍍覆的石墨復合體中石墨顆粒的體積比至少為30 %時，最后得到的復合材料強度，熱導等各方面性能才得到體現(優(yōu)選石墨顆粒的體積比為大于等于40% ;更優(yōu)選地為大于等于50%)。
[0061]優(yōu)選地，本發(fā)明的石墨-金屬復合材料具有如下一種或多種特征:
[0062]熱導率為200?650W/m.K ;熱膨脹系數為I?10ppm/K。
[0063]制備方法
[0064]本發(fā)明所述的制備方法中，所述的壓力熔滲反應通常是在400?1500°C (優(yōu)選600?1500°C )下進行，反應的時間通常為I?200分鐘(優(yōu)選為10-30分鐘)。
[0065]本發(fā)明提供了一種石墨-金屬復合材料的制備方法，優(yōu)選包括步驟:
[0066](I)石墨復合體的制備:
[0067](1.1)提供一包含石墨顆粒、碳化物形成元素和鹽的混合物；優(yōu)選地，按該混合物總重量計算，鹽的質量分數為30?80wt% ;較佳地，為50?70wt%。
[0068]按混合物總重量計算，碳化物形成元素的質量分數為0.1?10wt% ;較佳地，為2?5wt% ;更佳地，為3?7.5wt% ο
[0069](1.2)在真空下中，將步驟(1.1)得到的混合物進行加熱反應(如在600?1500°C或800?1300°C下反應)，得到的產物用水(如去離子水)洗滌后，干燥處理，從而得到預處理后的石墨復合體。
[0070](2)石墨-金屬復合材料制備:
[0071]將步驟(I)得到的預處理后的石墨復合體與金屬基體進行熱壓燒結處理，從而形成本發(fā)明的石墨-金屬復合材料。
[0072]優(yōu)選地，所述步驟(2)包括:在600?1150°C (或850?1000°C )下，在壓力10?150MPa (優(yōu)選10?10MPa或10?80MPa)下，將上述制備的石墨復合體與金屬基體進行熱壓燒結處理，從而形成石墨-金屬復合材料。按石墨復合體與金屬基體的總重量計算，金屬基體的質量分數為10?90wt% (優(yōu)選30?8(^1:%或50?80wt% )。
[0073]該方法所使用的主要設備便宜、易得，采用一般的熱壓設備即可，例如包括:真空碳管爐，放電等離子體燒結爐或熱壓爐等。
[0074]本發(fā)明復合材料制備的優(yōu)勢在于石墨表面功能化以及石墨和金屬之間的界面控制。石墨表面功能化能提高石墨-金屬復合材料制備過程中的結合強度以及石墨材料表面石墨脫落的問題，界面控制能保證復合材料各方面的熱學性能。
[0075]應用
[0076]本發(fā)明的石墨-金屬復合材料具有界面結合好、熱導率高等優(yōu)點，從根本上解決了石墨與金屬之間的界面問題，在航空航天、艦船和汽車產業(yè)領域應用較廣?？蓱糜跈C械制品中，也可用于高功率密度、高熱流密度的電子和微電子設備等對散熱有高要求的器件中。例如，二沖程和四沖程客車以及賽車發(fā)動機的活塞和襯套、汽缸壁、滑動軸承、連桿和栓，鼓風機軸承、內燃機活塞、宇航中的結構應用，電觸點和電刷、金屬襯套、中等載荷和中等速度應用的旋轉密封環(huán)、止推機墊片等。
[0077]本發(fā)明的主要優(yōu)點包括:
[0078]1.本發(fā)明提供了一種石墨-金屬復合材料，該復合材料中金屬基體和石墨之間的界面結合強度高，性能穩(wěn)定，且導熱率高，熱膨脹系數低且可控。在機械、散熱及電子元器件開發(fā)方面有著廣泛的應用前景。
[0079]2.本發(fā)明還提供了上述復合材料的制備方法。該方法具有處理設備簡單、便宜，制備工藝簡單、快速的優(yōu)點。
[0080]3.本發(fā)明在石墨-鋁復合材料制備過程中，由于石墨顆粒不與金屬鋁粉直接接觸，不產生Al4C3水解相，且潮濕空氣中能夠穩(wěn)定存在，在復合材料穩(wěn)定性提高的同時保證了復合材料的熱導率。
[0081]4.本發(fā)明制備的石墨-銅復合材料，由于石墨顆粒表面碳化物層以及碳化物形成元素層與銅之間界面結合能力提高，復合材料結合強度和熱導率獲得極大程度的提高。
[0082]5.本發(fā)明制備的石墨-金屬復合材料具有一定的強度，易于加工成復雜形狀，能避免一般石墨材料表面石墨脫落的問題。
[0083]下面結合具體實施，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。除非另外說明，否則百分比和份數按重量計算。除非特別說明，本發(fā)明所用原料或試劑均市售可得。除非特別說明，按常規(guī)方法測試本發(fā)明的復合材料的密度、導熱率、熱膨脹系數等性能。
[0084]實施例1
[0085]石墨-鋁復合材料N0.1的制備:
[0086]1.1.石墨-碳化鉻-鉻復合體的制備
[0087]取粒徑為300 μ m?500 μ m的鱗片狀石墨粉、氯化鈉和少量鉻粉混合均勻制成混合粉末，按混合粉末總重量計算，氯化鈉占75wt%,鉻粉占5wt%,將混合粉末放入真空碳管爐中，抽真空至真空度約為10-220Pa，升溫速率為15°C /min，升溫至900°C，保溫60min，然后隨爐冷卻至室溫。將高溫處理過的混合粉末取出，放入裝有去離子水的燒杯中，將裝有處理后混合粉末和去離子水的燒杯放入干燥箱，設定溫度85°C，保溫30min，取出燒杯并倒掉氯化鈉的水溶液，重新倒入去離子水重復以上操作，對混合粉末清洗5次，將清洗完畢并干燥后的混合粉分別過30目、50目、80目篩，去除過剩的鉻粉，獲得石墨-碳化鉻-鉻復合體。
[0088]圖1為本實施例中石墨-碳化鉻-鉻復合體的掃描電子顯微圖和EDS能譜圖。
[0089]1.2.石墨-鋁復合材料N0.1的制備
[0090]將經前述步驟處理的石墨復合體與高純鋁粉共同混合均勻，按混合后的粉料總重量計算，鋁粉質量分數為55%，將混合后的粉料放入高精密模具中在真空單向熱壓燒結爐燒結，以升溫速率10°C /min加熱至850°C進行燒結，保溫時間為60min，燒結壓力為50Mpa ;然后隨爐冷卻至室溫，得到石墨-鋁復合材料1，該石墨-鋁復合材料I的密度為2.51g/cm3,熱導率為512W/m.Κ，熱膨脹系數為7ppm/K，且在石墨-鋁復合材料制備過程中不產生Al4C3水解相，在空氣中能夠穩(wěn)定存在。
[0091 ] 實施例2石墨-鋁復合材料N0.2的制備
[0092]2.1石墨-碳化硼-硼復合體的制備
[0093]取粒徑為300 μ m?500 μ m的鱗片狀石墨粉、氯化鈉和少量硼粉混合均勻制成混合粉末，按混合粉末總重量計算，氯化鈉占75wt%,硼粉占5wt%,將混合粉末放入真空碳管爐中，抽真空至真空度約為10?220Pa，將其以升溫速率為15°C/min升溫至1500°C，保溫60min，然后隨爐冷卻至室溫。將高溫處理過的混合粉末取出，放入裝有去離子水的燒杯中，將裝有處理后混合粉末和去離子水的燒杯放入干燥箱，設定溫度85 °C，保溫30min，取出燒杯并倒掉氯化鈉的水溶液，重新倒入去離子水重復以上操作，對混合粉末清洗5次，將清洗完畢并干燥后的混合粉分別過30目、50目、80目篩，去除過剩的硼粉，獲得石墨-碳化硼-硼復合體。
[0094]圖2為本實施例制備的石墨-碳化硼-硼復合體的掃描電子顯微圖和EDS能譜圖。
[0095]2.2石墨-鋁復合材料N0.2的制備
[0096]將經前述步驟處理的石墨復合體與高純鋁粉共同混合均勻，按混合后的粉料總重量計算，鋁粉質量分數為60%，將混合后的粉料放入熱壓模具中在真空單向熱壓燒結爐燒結，以升溫速率10°C /min加熱至800°C進行燒結，保溫時間為60min，燒結壓力為50Mpa ;然后隨爐冷卻至室溫，得到石墨-鋁復合材料N0.2，該復合材料的密度為2.30g/cm3,熱導率為580W/m.K，熱膨脹系數7.6ppm/K,且在石墨-鋁復合材料制備過程中不產生Al4C3水解相，空氣中穩(wěn)定存在。
[0097]圖3為按上述方法制備得到的表面覆硼石墨-鋁復合材料的顯微掃描圖片。圖5為石