浅析石墨模具复合材料的性能及运用

　　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，而电弧炙烤等优良性能，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，遍及于机械传动，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点鲜明的应用，主要是在自润滑磨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构成的一个材料系统。复合材料的物理、力学性能与界面性质密切相干。C/Cu复合材料特别如此。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产生反应。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，关键是改良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。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，和钢、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，只有少数得到运用。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，热膨胀系数小等优良性能。其主要应用领域1是航空、航天和军事领域，2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（A12O 、Y2O 、ZrO2、ThO2、SiO2）增强型、碳化物(ZrC、WC、SiC、NbC、TaC、TiC)增强型、氮化物(AlN)增强型和硅化物增强型等。目前常见的增强体还有：Ni2Sn、Fe2Ti、NixTiy、Fe2P、Co2P、Mg P2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散布与基体中，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、Si N4、WC、Mo2C、ZrO2、ZrB2、A120 、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/铜基复合材料不但具有铜的良好的强度、硬度，优良的导电、导热、耐蚀性，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、磨擦材料、导电材料、含油轴承和机械零件材料（如：机电用电刷，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，有着广泛的运用。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。