專利名稱：碳纖維均勻鍍銅工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在碳纖維表面鍍覆銅的工藝。
碳纖維增強銅基(C/Cu)復合材料以其優越的導電導熱性能以及良好的耐磨耐熱性能和較高的強度，成為一種很有前途的電子材料、耐磨材料和高溫結構材料。例如，利用C/Cu復合材料的低熱膨脹系數和導電導熱等特點，可制造半導體元件;利用碳纖維的自潤滑、抗電弧侵蝕、防熔焊等性能，C/Cu復合材料還適合做大電流條件下使用的觸頭、大規模集中電路的基板、電刷以及電車上的導電滑履、要求抗磨損性能好的精密齒輪、自潤滑軸承、計算機上使用的高速打印機用部件等，C/Cu復合材料顯示出廣泛的應用前景。
由于銅的熔點高，碳纖維和銅的潤濕性又不好，因而很難采用液相浸潤法制備C/Cu復合材料，而較多地采用電沉積的制備方法，這主要是由于電沉積法的操作溫度低、對纖維損傷小、工藝設備簡單、成本低，有利于在民用工業中推廣應用。但由于碳纖維很細(直徑6～8μm)，該方法難以保證每束纖維(1000～6000根)電沉積均勻。
為了提高碳纖維鍍銅均勻性，提高鍍銅效率，降低鍍銅成本，特提出本發明。
本發明的關鍵在于在鍍銅前預鍍一層較氫活潑的金屬層，利用該預鍍金屬層在鍍銅過程中，和鍍液中的H+反應放出氫氣，以促使碳纖維充分散開，保證鍍銅的均勻性。
本發明的主要工藝過程如下1.碳纖維表面脫膠脫膠在大氣條件下，爐溫400～500℃，保溫30～60分鐘;
2.碳纖維預鍍金屬在碳纖維表面預鍍一層較氫活潑的金屬如鐵、鋅等，涂覆方法可采用電鍍、化學鍍或其它涂履金屬的方法。由于此工序只是作為鍍銅前的輔助工序，要求鍍層很薄，一般要小于0.1μm，以盡量減少預鍍金屬對鍍銅液的損耗，并保證預鍍金屬層在鍍銅的過程中完全被置換。對預鍍金屬層表面質量無很高要求，但應防止“結餅”，盡量使預鍍金屬鍍入纖維內部，以保證鍍銅時纖維的充分散開。
3.碳纖維均勻鍍銅碳纖維均勻鍍銅可采用電鍍或化學鍍方法。如電鍍方法是將預鍍金屬后的碳纖維過蒸餾水清洗，然后進入鍍槽鍍銅。電鍍液的主要成分為CuSO4·5H2O: 50～300g/l; H2SO4: 10～300g/l;
Cl-: 0～300g/l; SH-110: 0～0.02g/l;
OP-21: 0～0.8g/l; 電流密度: 0.5～3.5A/dm2;
鍍槽陽極采用磷銅板，溶液需攪拌，添加劑(SH-110、OP-21)要少加勤加，定時補充。由于碳纖維已預鍍了一層金屬(鐵或鋅等)，進入鍍槽后有反應(以預鍍鐵為例)
由于有少量氣體產生，能使碳纖維充分散開，從而實現均勻鍍銅。如發現鍍液中產生“銅粉”(Cu2O)或鍍層粗糙、產生毛刺，可加入適量的30%雙氧水使一價銅還原成二價銅;如發現氣體產生太少，應適當加入H2SO4以補充H+。
4.鍍層鈍化鈍化液成份為，重鉻酸鉀10～100g/l，鈍化時間10～60分鐘。


圖1鍍銅后碳纖維斷口截面SEM圖，放大5000倍;
圖2經熱壓后C/Cu復合材料組織形貌圖，放大1500倍;
圖3經熱壓后C/Cu復合材料斷口形貌圖，放大1000倍。
鍍銅碳纖維主要應用于兩方面一方面用以直接制備C/Cu復合材料，工藝簡單、成本低廉;另一方面由于金屬銅和碳纖維不發生任何反應，碳纖維均勻鍍銅可實現碳纖維的表面改性，可用以制作C/Al、C/Mg等復合材料，阻止金屬基體和碳纖維之間的反應。
實施例1.使用1000孔高強碳纖維，其抗拉強度為2800MPa，密度為1.75g/cm3，直徑為6～8μm，在440℃保溫40分鐘除膠，采用電鍍方法預鍍金屬鐵，鍍液成份為FeSO4·7H2O180g/l、(NH4)2SO490g/l，H2SO40.5g/l、RC穩定劑15～20g/l、PH值為4.5～5.5，室溫，電流密度為1.5A/dm2，電鍍30秒，鍍層厚度約0.1μm，蒸餾水清洗后進入鍍銅槽鍍銅，鍍液的主要成分為CuSO4·5H2O200g/l、H2SO460g/l、Cl-30mg/l、SH-1100.015g/l、OP-210.4g/l、電流密度為2.0A/dm2，電鍍20分鐘，鍍層厚度為2.0μm左右。然后鍍銅碳纖維按纖維方向排列，在750℃、20MPa下保溫90分鐘熱壓成C/Cu復合材料板，經測定纖維含量為30%，碳纖維均勻分布在基體中，經X-Ray和電鏡能譜分析，該材料中不含任何金屬鐵，鐵已被完全置換(如圖1，圖2，圖3所示)，復合材料拉伸強度為770MPa。
權利要求
1.一種碳纖維均勻鍍銅工藝，包括碳纖維表面脫膠，采用電鍍或化學鍍方法對碳纖維表面鍍銅，其特征在于本發明在鍍銅前在脫膠碳纖維表面預鍍一層較氫活潑的金屬層，利用該預鍍金屬層在鍍銅過程中和鍍液中的H+反應放出氫氣，以促使碳纖維充分散開，保證鍍銅的均勻性。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于脫膠碳纖維表面預鍍金屬層，涂覆方法可采用電鍍、化學鍍或其它涂履金屬的方法。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，預鍍金屬可為鐵、鋅，鍍層厚度最好小于0.1μm。
全文摘要
一種碳纖維均勻鍍銅工藝，本發明的特點是在鍍銅前在脫膠碳纖維表面預鍍一層較氫活潑的金屬層，利用該預鍍金屬層在鍍銅過程中，和鍍液中的H
文檔編號C25D5/54GK1094100SQ9411086
公開日1994年10月26日 申請日期1994年3月11日 優先權日1994年3月11日
發明者胡文彬, 屈李紅 申請人:胡文彬