镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料及其制备方法，涉及一种用粉末冶金法制备镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料及其制备方法，解决了现有铜基复合材料存在力学性能及导电、导热性能不能兼顾的问题。本发明是按照体积百分比由82％～92％纯铜粉或铜合金粉，5％～15％含镀铜层石墨颗粒以及3％纳米碳化硅颗粒经过步骤一：石墨颗粒化学镀铜前的预处理；步骤二：石墨颗粒化学镀铜；步骤三：混合；步骤四：冷压成型和真空热压烧结；步骤五：热挤压变形。即得到镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料。它的力学性能和导电性能均很高，可作为优良的导电、导热功能材料被广泛的用于受电弓滑板、滑动触头及电阻焊电极等工业生产中。
镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料，其特征在于：镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的基体是按照体积百分比由80％～90％纯铜粉或铜合金粉，5％～15％含镀铜层石墨颗粒以及1％～5％纳米碳化硅颗粒混合制得。
2.根据权利要求1所述的镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料，其特征在 于：镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的基体是按照体积百分比由87%纯铜 粉或铜合金粉，10%含镀铜层石墨颗粒以及3%纳米碳化硅颗粒混合制得。
3.根据权利要求1所述的镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料，其特征在 于：镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的基体是按照体积百分比由80%纯铜 粉或铜合金粉，15%含镀铜层石墨颗粒以及5%纳米碳化硅颗粒混合制得。
4.根据权利要求1所述的镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料，其特征在 于：镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的基体是按照体积百分比由92%纯铜 粉或铜合金粉，5 %含镀铜层石墨颗粒以及3 %纳米碳化硅颗粒混合制得。
5.如权利要求1所述镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的制备方法，其特 征在于：镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的制备方法包括以下步骤：步骤一：石墨颗粒化学镀铜前的预处理：a、亲水化处理：将100〜500目的石墨颗粒在 浓度为5〜15%的NaOH溶液中煮沸10〜30min，然后用蒸馏水将石墨颗粒洗涤至中性； b、粗化处理：将经过步骤a处理过的石墨颗粒用5〜15%的HNO3煮沸10〜30min，然后用 蒸馏水冲洗至中性；C、敏化处理：在30〜50°C的水浴锅中，将经过步骤b粗化处理过的石 墨颗粒加入到装有由20〜40g/L的氯化亚锡和20〜30ml/L的质量分数为37%的盐酸配 制的敏化液的烧杯中，在机械搅拌的作用下反应10〜30分钟，然后静置沉淀，将上层溶液 倾倒，用抽滤法将敏化后的颗粒冲洗至中性；d、活化处理：在30〜50°C的水浴锅中，将经过 步骤c敏化处理后的石墨颗粒加入10〜50ml蒸馏水，调成稀糊状，加入到由40〜60mg/L 氯化钯和20〜30ml/L质量分数为37%的盐酸配制成的活化液当中，在机械搅拌的作用下 反应10〜30min，然后静置沉淀，将上层溶液倾倒，用抽滤法将活化后的石墨颗粒冲洗至中 性；e、还原处理：将经过步骤d活化处理后的石墨颗粒用3〜5ml/L甲醛溶液或次亚磷酸 纳溶液，在30〜50°C水浴条件下加热搅拌15〜20min，过滤，用蒸馏水冲洗到中性，烘干备 用；步骤二 ：石墨颗粒化学镀铜：分别将5〜20g CuSO4 · 5H20、10〜40g Na2EDTA,5〜 30gC4H4KNa · 4H20溶于50〜65 °C的蒸馏水中，将5〜20gNa0H溶于冷水中；再将装有 CuSO4 · 5H20溶液的烧杯放置在50〜60°C的水浴锅中，边搅拌边将Na2EDTA溶液缓缓加入 到CuSO4 ·5Η20溶液，搅拌10〜30分钟后，加入C4H4KNa ·4Η20溶液，随后缓缓加入NaOH溶 液并加大搅拌力度；待溶液澄清后加入10〜50mg的α，α ’ -联吡啶，搅拌均勻后用蒸馏 水稀释至IL作为镀液待用，将配制好的镀液加热到60〜65°C，加入5〜20ml质量分数为 37%的甲醛，调整pH，镀液pH由质量浓度为〜10%的NaOH稀溶液调至11〜13，加入 经步骤一预处理过的石墨颗粒，在连续搅拌的条件下进行化学镀铜反应，镀层厚度由时间 控制在0. 5〜5 μ m ；步骤三、将体积百分比为1 %〜5%的20〜60nm的碳化硅颗粒和体积百分比为80%〜 90%的100〜400目铜粉按照球料比3〜4 ： 1的比例用行星式球磨机混合均勻，转速为 300〜500r/min，时间为6〜10h，然后将混合粉末与体积百分比为5%〜15%的经步骤二镀铜处理过的含镀铜层的石墨颗粒在滚筒式混粉设备上进行混合，球料比为2〜3 ： 1，球 磨时间为4〜10小时，转速为50〜150转/分钟；步骤四、将步骤三混合后的混合粉放入石墨模具中冷压成型，当材料致密度压至55〜 65%时，将混合粉连同石墨模具放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，真空至1.33X10_2 帕，以10〜20°C /min的升温速率升至350〜450°C，保温30〜50min，然后升温至840〜 900°C，同时加压至20〜30MPa，保温1〜3h，随炉冷却至室温，脱模，即可制备出烧结态的 复合材料；步骤五、将经过步骤四所述的粉末冶金烧结制备的烧结态的复合材料进行热挤压变 形，具体挤压工艺参数为：炉子升温到800〜900°C，将烧结态的复合材料放入，保温60〜 80分钟，模具加热到450〜600°C，保温30〜60分钟；将烧结态的复合材料从炉中取出放 入挤压模具进行挤压变形，挤压比为9〜36 ： 1，即可得到本发明镀铜石墨和纳米碳化硅混 杂增强铜基复合材料。
6.根据权利要求5所述的镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的制备方法， 其特征在于：步骤一所述的石墨颗粒化学镀铜前的预处理过程是按照下述步骤实现的：a、 亲水化处理：将300目的石墨颗粒在浓度为10%的NaOH溶液中煮沸20min，然后用蒸馏水 将石墨颗粒洗涤至中性；b、粗化处理：将经过步骤a处理过的石墨颗粒用10%的HNO3煮沸 20min，然后用蒸馏水冲洗至中性；C、敏化处理：在40°C的水浴锅中，将经过步骤b粗化处理 过的石墨颗粒加入到装有由30g/L的氯化亚锡和25ml/L的质量分数为37%的盐酸配制的 敏化液的烧杯中，在机械搅拌的作用下反应20分钟，然后静置沉淀，将上层溶液倾倒，用抽 滤法将敏化后的颗粒冲洗至中性；d、活化处理：在40°C的水浴锅中，将经过步骤c敏化处理 后的石墨颗粒加入20ml蒸馏水，调成稀糊状，加入到由50mg/L氯化钯和25ml/L质量分数 为37 %的盐酸配制成的活化液当中，在机械搅拌的作用下反应20min，然后静置沉淀，将上 层溶液倾倒，用抽滤法将活化后的石墨颗粒冲洗至中性；e、还原处理：将经过步骤d活化处 理后的石墨颗粒用4ml/L甲醛溶液或次亚磷酸纳溶液，在40°C水浴条件下加热搅拌15〜 20min,过滤，用蒸馏水冲洗到中性，烘干备用。
7.根据权利要求6所述的镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的制备 方法，其特征在于：步骤二所述的石墨颗粒化学镀铜过程为：分别将20g CuSO4 · 5H20、 40g Na2EDTA,30g C4H4KNa · 4H20溶于65°C的蒸馏水中，将20gNa0H溶于冷水中；再将装 有CuSO4 · 5H20溶液的烧杯放置在60°C的水浴锅中，边搅拌边将Na2EDTA溶液缓缓加入到 CuSO4 · 5H20溶液，搅拌30分钟后，加入C4H4KNa ·4Η20溶液，随后缓缓加入NaOH溶液并加大 搅拌力度；待溶液澄清后加入50mg的α，α ’ -联吡啶，搅拌均勻后用蒸馏水稀释至IL作 为镀液待用，将配制好的镀液加热到65°C，加入20ml质量分数为37 %的甲醛，调整pH，镀 液PH由质量浓度为10%的NaOH稀溶液调至12. 5〜13. 0，加入经步骤一预处理过的石墨 颗粒，在连续搅拌的条件下进行化学镀铜反应，镀层厚度由时间控制在2. 5〜5μπι。
8.根据权利要求7所述的镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的制备方法， 其特征在于：所述的步骤三将体积百分比为3%的40nm的碳化硅颗粒和体积百分比为87% 的200目铜粉按照球料比4 ： 1的比例用行星式球磨机混合均勻，转速为400r/min，时间为 8h，然后将混合粉末与体积百分比为10%的经步骤二镀铜处理过的含镀铜层的石墨颗粒在 滚筒式混粉设备上进行混合，球料比为2 ： 1，球磨时间为8小时，转速为120转/分钟。
9.根据权利要求8所述的镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的制备方法， 其特征在于：所述的步骤四是按照下述步骤实现的：将步骤三混合后的混合粉放入石墨模 具中冷压成型，当材料致密度压至60%时，将混合粉连同石墨模具放入真空热压烧结炉中 进行热压烧结，真空至1. 33 X ΙΟ"2帕，以10°C /min的升温速率升至400°C，保温40min，然 后升温至870°C，同时加压至20MPa，保温2h，随炉冷却至室温，脱模，即可制备出烧结态复 合材料。
10.根据权利要求9所述的镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的制备方 法，其特征在于：所述的步骤五中的具体挤压工艺参数为：炉子升温到800°C，将烧结态的 复合材料放入，保温60分钟，模具加热到450°C，保温30分钟；将烧结态的复合材料从炉中 取出放入挤压模具进行挤压变形，挤压比10 ： 1。
镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料及其制备方
法
技术领域：
[0001] 本发明涉及一种用粉末冶金法制备镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材 料及其制备方法。背景技术：
[0002] 目前我国的铁路提速是通过铁路的电气化和高速化实现的，而且只有实现电气 化，才能实现铁路运输的高速化目标。而受电弓滑板是电力机车的灵魂部件，起到从电网中 获取电流并通过其向机体传输的过渡作用。纯铜具有良好的导电、导热性以及优良的耐蚀 性和工艺性，它作为导电、导热功能材料被广泛的用于工业生产中。但铜的强度低、耐磨性 差，高温下易软化变形，因而其应用在某些领域受到了限制。铜合金中的强度和导电率一直 是一对相互矛盾的特性，一般只能在牺牲电导率和热导率的前提下改善铜的力学性能，来 获得高的强度。因此通常选用石墨与铜结合的方式，但研究发现石墨与铜的润湿性差，随着 石墨含量的增加，复合材料的致密度急剧下降，严重破坏复合材料的力学性能及导电、导热 性，因此对石墨颗粒做适当的涂层处理以提高材料的致密度是充分发挥优异性能的基础。发明内容：
[0003] 本发明目的是为了解决现有铜基复合材料存在力学性能及导电、导热性能不能兼 顾的问题，而提供一种镀铜石墨与纳米碳化硅颗粒混杂增强铜基复合材料及其制备方法。
[0004] 本发明镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的基体是按照体积百分比 由80 %〜90 %纯铜粉或铜合金粉，5 %〜15 %含镀铜层石墨颗粒以及1 %〜5 %纳米碳化硅 颗粒混合制得。
[0005] 镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的制备方法包括以下步骤：步骤 一：石墨颗粒化学镀铜前的预处理：a、亲水化处理：将100〜500目的石墨颗粒在浓度为 5〜15%的NaOH溶液中煮沸10〜30min，然后用蒸馏水将石墨颗粒洗涤至中性；b、粗化处 理：将经过步骤a处理过的石墨颗粒用5〜15%的HNO3煮沸10〜30min，然后用蒸馏水冲 洗至中性；C、敏化处理：在30〜50°C的水浴锅中，将经过步骤b粗化处理过的石墨颗粒加 入到装有由20〜40g/L的氯化亚锡和20〜30ml/L的质量分数为37%的盐酸配制的敏化 液的烧杯中，在机械搅拌的作用下反应10〜30分钟，然后静置沉淀，将上层溶液倾倒，用抽 滤法将敏化后的颗粒冲洗至中性；d、活化处理：在30〜50°C的水浴锅中，将经过步骤c敏 化处理后的石墨颗粒加入10〜50ml蒸馏水，调成稀糊状，加入到由40〜60mg/L氯化钯和 20〜30ml/L质量分数为37%的盐酸配制成的活化液当中，在机械搅拌的作用下反应10〜 30min，然后静置沉淀，将上层溶液倾倒，用抽滤法将活化后的石墨颗粒冲洗至中性；e、还原 处理：将经过步骤d活化处理后的石墨颗粒用3〜5ml/L甲醛溶液或次亚磷酸纳溶液，在 30〜50°C水浴条件下加热搅拌15〜20min，过滤，用蒸馏水冲洗到中性，烘干备用；
[0006] 步骤二 ：石墨颗粒化学镀铜：分别将5〜20g CuSO4 · 5H20、10〜40g Na2EDTA,5〜30gC4H4KNa · 4H20溶于50〜65°C的蒸馏水中，将5〜20gNa0H溶于冷水中；再将装有 CuSO4 · 5H20溶液的烧杯放置在50〜60°C的水浴锅中，边搅拌边将Na2EDTA溶液缓缓加入 到CuSO4 · 5H20溶液，搅拌10〜30分钟后，加入C4H4KNa · 4H20溶液，随后缓缓加入NaOH溶 液并加大搅拌力度；待溶液澄清后加入10〜50mg的α，α ’ -联吡啶，搅拌均勻后用蒸馏 水稀释至IL作为镀液待用，将配制好的镀液加热到60〜65°C，加入5〜20ml质量分数为 37%的甲醛，调整pH，镀液pH由质量浓度为〜10%的NaOH稀溶液调至11〜13，加入 经步骤一预处理过的石墨颗粒，在连续搅拌的条件下进行化学镀铜反应，镀层厚度由时间 控制在0. 5〜5 μ m ；
[0007] 步骤三、将体积百分比为1 %〜5%的20〜60nm的碳化硅颗粒和体积百分比为 80%〜90%的100〜400目铜粉按照球料比3〜4 ： 1的比例用行星式球磨机混合均勻， 转速为300〜500r/min，时间为6〜10h，然后将混合粉末与体积百分比为5%〜15%的 经步骤二镀铜处理过的含镀铜层的石墨颗粒在滚筒式混粉设备上进行混合，球料比为2〜 3 ： 1，球磨时间为4〜10小时，转速为50〜150转/分钟；
[0008] 步骤四、将步骤三混合后的混合粉放入石墨模具中冷压成型，当材料致密度压 至55〜65 %时，将混合粉连同石墨模具放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，真空至 1. 33X IO"2帕，以10〜20°C /min的升温速率升至350〜450°C，保温30〜50min，然后升 温至840〜900°C，同时加压至20〜30MPa，保温1〜3h，随炉冷却至室温，脱模，即可制备 出烧结态的复合材料；
[0009] 步骤五、将经过步骤四所述的粉末冶金烧结制备的烧结态的复合材料进行热挤 压变形，具体挤压工艺参数为：炉子升温到800〜900°C，将烧结态的复合材料放入，保温 60〜80分钟，模具加热到450〜600°C，保温30〜60分钟；将烧结态的复合材料从炉中取 出放入挤压模具进行挤压变形，挤压比为9〜36 ： 1，即可得到本发明镀铜石墨和纳米碳化 硅混杂增强铜基复合材料。
[0010] 本发明选用铜、纳米碳化硅和石墨作为本发明复合材料的基体，是由于铜具有良 好的导电、导热性以及优良的耐蚀性和工艺性，但铜的强度低、耐磨性差，高温下易软化变 形，因此选用纳米碳化硅和石墨作为增强体，是由于纳米碳化硅的硬度高，密度低，同时尺 寸小，在基体中分布能起到很好的强化作用，石墨作为另一个增强体则是由于石墨具有良 好的自润滑性，同时石墨的层状结构保证了本发明复合材料对耐磨性能的要求，使其具有 良好的力学性能和导电性能，但石墨与铜的润湿性差，随着石墨含量的增加，复合材料的致 密度急剧下降，严重破坏复合材料的力学性能及导电、导热性，因此本发明对石墨颗粒做适 当的铜涂层处理以提高材料的致密度，改善石墨和铜基体之间的润湿，促进烧结，从而提高 复合材料的力学性能和导电性能，因此本发明采用石墨镀铜的方法，使石墨颗粒表面均勻 形成镀铜层，不仅严格控制镀铜过程，同时也要严格地做好镀铜前的石墨颗粒预处理，来保 证镀铜效果均一，近而保证复合材料的力学性能和导电性能。
[0011] 本发明在石墨颗粒化学镀铜前进行了亲水化处理、粗化处理、敏化处理、活化处理 和还原处理五个预处理步骤是由于亲水化处理可以去除石墨颗粒表面的杂质、改善在敏化 过程中与胶体溶液的润湿性；粗化处理使石墨颗粒表面形成微小的凹面、凹槽，可以使表面 由憎水体变为亲水体，敏化处理可以使经粗化处理的石墨颗粒表面吸附一层具有还原能力 的胶体物质，在随后的活化处理时，这些物质被活性剂还原形成催化晶核；还原处理过程将Pd2+还原以及将Sn(OH)4还原为Sn2+，以免带入镀液中影响化学镀的稳定性。通过这五个预 处理步骤可以有效地保证石墨镀铜过程的稳定性，保证效果均一，从而使制造的复合材料 获得力学性能和导电性能的良好匹配。
[0012] 通过大量对比实验证明，采用经过镀铜和未经镀铜的两种石墨颗粒进行混合及热 压烧结制得的复合材料在力学性能和导电性能上有很大差别：采用经过镀铜的石墨颗粒进 行混合及热压烧结制得的复合材料比未经镀铜的石墨颗粒进行混合及热压烧结制得的复 合材料的导电性能平均提高8.2%，抗弯强度平均提高6.3%，冲击韧性平均提高10.5%， 硬度平均提高9%，耐摩擦性能更是平均提高33.5%，大大地突出了本发明复合材料的优 异性能。具体实施方式：
[0013] 具体实施方式一：本实施方式的镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的 基体是按照体积百分比由80%〜90%纯铜粉或铜合金粉，5%〜15%含镀铜层石墨颗粒以 及〜5%纳米碳化硅颗粒混合制得。
[0014] 本实施方式选用铜、纳米碳化硅和石墨作为本发明复合材料的基体，是由于铜具 有良好的导电、导热性以及优良的耐蚀性和工艺性，选用纳米碳化硅和石墨作为增强体，是 由于纳米碳化硅的硬度高，密度低，同时尺寸小，在基体中分布能起到很好的强化作用，克 服铜的强度低、耐磨性差等缺点，石墨作为另一个增强体则是由于石墨具有良好的自润滑 性，同时石墨的层状结构保证了本发明复合材料对耐磨性能的要求，使其具有良好的力学 性能和导电性能。
[0015] 具体实施方式二 ：本实施方式与具体实施方式一不同的是：镀铜石墨和纳米碳化 硅混杂增强铜基复合材料的基体是按照体积百分比由87%纯铜粉或铜合金粉，10%含镀铜 层石墨颗粒以及3%纳米碳化硅颗粒混合制得。
[0016] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：镀铜石墨和纳米 碳化硅混杂增强铜基复合材料的基体是按照体积百分比由80%纯铜粉或铜合金粉，15%含 镀铜层石墨颗粒以及5%纳米碳化硅颗粒混合制得。
[0017] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：镀铜石墨和 纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的基体是按照体积百分比由87%纯铜粉或铜合金粉， 5 %含镀铜层石墨颗粒以及3 %纳米碳化硅颗粒混合制得。
[0018] 具体实施方式五：本实施方式的镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的 制备方法是按照下述步骤进行的：
[0019] 步骤一：石墨颗粒化学镀铜前的预处理：a、亲水化处理：将100〜500目的石墨颗 粒在浓度为5〜15%的NaOH溶液中煮沸10〜30min，然后用蒸馏水将石墨颗粒洗涤至中 性；b、粗化处理：将经过步骤a处理过的石墨颗粒用5〜15%的HNO3煮沸10〜30min，然 后用蒸馏水冲洗至中性；C、敏化处理：在30〜50°C的水浴锅中，将经过步骤b粗化处理过 的石墨颗粒加入到装有由20〜40g/L的氯化亚锡和20〜30ml/L的质量分数为37%的盐 酸配制的敏化液的烧杯中，在机械搅拌的作用下反应10〜30分钟，然后静置沉淀，将上层 溶液倾倒，用抽滤法将敏化后的颗粒冲洗至中性；d、活化处理：在30〜50°C的水浴锅中， 将经过步骤c敏化处理后的石墨颗粒加入10〜50ml蒸馏水，调成稀糊状，加入到由40〜60mg/L氯化钯和20〜30ml/L质量分数为37%的盐酸配制成的活化液当中，在机械搅拌的 作用下反应10〜30min，然后静置沉淀，将上层溶液倾倒，用抽滤法将活化后的石墨颗粒冲 洗至中性；e、还原处理：将经过步骤d活化处理后的石墨颗粒用3〜5ml/L甲醛溶液或次亚 磷酸纳溶液，在30〜50°C水浴条件下加热搅拌15〜20min，过滤，用蒸馏水冲洗到中性，烘 干备用；
[0020] 步骤二 ：石墨颗粒化学镀铜：分别将5〜20g CuSO4 · 5H20、10〜40g Na2EDTA, 5〜30gC4H4KNa · 4H20溶于50〜65°C的蒸馏水中，将5〜20gNa0H溶于冷水中；再将装有 CuSO4 · 5H20溶液的烧杯放置在50〜60°C的水浴锅中，边搅拌边将Na2EDTA溶液缓缓加入 到CuSO4 · 5H20溶液，搅拌10〜30分钟后，加入C4H4KNa · 4H20溶液，随后缓缓加入NaOH溶 液并加大搅拌力度；待溶液澄清后加入10〜50mg的α，α ’ -联吡啶，搅拌均勻后用蒸馏 水稀释至IL作为镀液待用，将配制好的镀液加热到60〜65°C，加入5〜20ml质量分数为 37%的甲醛，调整pH，镀液pH由质量浓度为〜10%的NaOH稀溶液调至11〜13，加入 经步骤一预处理过的石墨颗粒，在连续搅拌的条件下进行化学镀铜反应，镀层厚度由时间 控制在0. 5〜5 μ m ；
[0021] 步骤三、将体积百分比为1 %〜5%的20〜60nm的碳化硅颗粒和体积百分比为 80%〜90%的100〜400目铜粉按照球料比3〜4 ： 1的比例用行星式球磨机混合均勻， 转速为300〜500r/min，时间为6〜10h，然后将混合粉末与体积百分比为5%〜15%的 经步骤二镀铜处理过的含镀铜层的石墨颗粒在滚筒式混粉设备上进行混合，球料比为2〜 3 ： 1，球磨时间为4〜10小时，转速为50〜150转/分钟；
[0022] 步骤四、将步骤三混合后的混合粉放入石墨模具中冷压成型，当材料致密度压 至55〜65 %时，将混合粉连同石墨模具放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，真空至 1. 33X IO"2帕，以10〜20°C /min的升温速率升至350〜450°C，保温30〜50min，然后升 温至840〜900°C，同时加压至20〜30MPa，保温1〜3h，随炉冷却至室温，脱模，即可制备 出烧结态的复合材料；
[0023] 步骤五、将经过步骤四所述的粉末冶金烧结制备的烧结态的复合材料进行热挤 压变形，具体挤压工艺参数为：炉子升温到800〜900°C，将烧结态的复合材料放入，保温 60〜80分钟，模具加热到450〜600°C，保温30〜60分钟；将烧结态的复合材料从炉中取 出放入挤压模具进行挤压变形，挤压比为9〜36 ： 1，即可得到本发明镀铜石墨和纳米碳化 硅混杂增强铜基复合材料。
[0024] 本实施例以化学镀铜的石墨颗粒为增强相，以纯铜为基体，通过在石墨颗粒表面 化学镀铜来得到特殊的界面层，使制造的复合材料获得力学性能和导电性能的良好匹配。 同时选用纳米碳化硅作为增强体，是由于纳米碳化硅的硬度高，密度低，同时尺寸小，在基 体中分布能起到很好的强化作用，而选用石墨作为另一个增强体则是由于石墨具有良好的 自润滑性，同时石墨的层状结构保证了本发明复合材料对耐磨性能的要求，使其具有良好 的力学性能和导电性能，石墨表面的铜涂层颗粒有效改善石墨和铜基体之间的润湿，促进 烧结，从而提高复合材料的力学性能和导电性能。
[0025] 步骤一中步骤a所述的亲水化处理可以去除石墨颗粒表面的杂质、改善在敏化过 程中与胶体溶液的润湿性；步骤b所述的粗化处理使石墨颗粒表面形成微小的凹面、凹槽， 可以使表面由憎水体变为亲水体，具有一定的吸附能力，贵金属离子利于吸附在此处；经过8步骤c所述的敏化处理才能在颗粒表面形成一层化学镀层，以便在随后的步骤d中活化处 理时能将贵金属离子还原出来，形成高度活性的催化中心；步骤e、所述的还原处理：将Pd2+ 还原以及将Sn(OH)4还原为Sn2+，以免带入镀液中影响化学镀的稳定性。每一步骤都是为下 一步骤做好准备，共同实现铜镀前的预处理，保证石墨镀铜过程的稳定性。
[0026] 步骤二至步骤五所述的过程为镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的 制备过程，通过镀铜石墨的过程将石墨颗粒表面均勻镀上一层铜，使石墨在与铜粉混合后 的烧结过程中良好结合、匹配，将镀铜石墨颗粒、铜粉和纳米碳化硅在滚筒式混粉设备上进 行粉末混合，这样可以避免由于球磨的猛烈碰撞而导致镀铜层的脱落，同时也可将纳米碳 化硅这一微小的颗粒均勻分散于铜粉和石墨颗粒中，便于混合粉冷压成型，随后的挤压变 形过程可以提高复合材料的致密度，从而提高复合材料的性能。
[0027] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：步骤一所述的石墨颗 粒化学镀铜前的预处理过程是按照下述步骤实现的：a、亲水化处理：将300目的石墨颗粒 在浓度为10%的NaOH溶液中煮沸20min，然后用蒸馏水将石墨颗粒洗涤至中性；b、粗化处 理：将经过步骤a处理过的石墨颗粒用10%的HNO3煮沸20min，然后用蒸馏水冲洗至中性；c、敏化处理：在40°C的水浴锅中，将经过步骤b粗化处理过的石墨颗粒加入到装有由30g/ L的氯化亚锡和25ml/L的质量分数为37%的盐酸配制的敏化液的烧杯中，在机械搅拌的作 用下反应20分钟，然后静置沉淀，将上层溶液倾倒，用抽滤法将敏化后的颗粒冲洗至中性；
d、活化处理：A、在40°C的水浴锅中，将经过步骤c敏化处理后的石墨颗粒加入20ml蒸馏 水，调成稀糊状，加入到由50mg/L氯化钯和25ml/L质量分数为37 %的盐酸配制成的活化液 当中，在机械搅拌的作用下反应20min，然后静置沉淀，将上层溶液倾倒，用抽滤法将活化后 的石墨颗粒冲洗至中性；e、还原处理：将经过步骤d活化处理后的石墨颗粒用4ml/L甲醛 溶液或次亚磷酸纳溶液，在40°C水浴条件下加热搅拌20min，过滤，用蒸馏水冲洗到中性， 烘干备用。
[0028] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六不同的是：步骤二所述的石 墨颗粒化学镀铜过程为：分别将5g CuSO4 · 5H20、10g Na2EDTA,5g C4H4KNa · 4H20溶于50°C 的蒸馏水中，将5gNa0H溶于冷水中；再将装有CuSO4 · 5H20溶液的烧杯放置在50°C的水浴 锅中，边搅拌边将Na2EDTA(依地酸二钠）溶液缓缓加入到CuSO4 · 5H20溶液，搅拌10分钟 后，加入C4H4KNa · 4H20溶液，随后缓缓加入NaOH溶液并加大搅拌力度；待溶液澄清后加入 IOmg的α，α ’_联吡啶，搅拌均勻后用蒸馏水稀释至IL作为镀液待用，将配制好的镀液加 热到60°C，加入5ml质量分数为37%的甲醛，调整pH，镀液pH由质量浓度为1 %的NaOH稀 溶液调至12. 0〜12. 5，加入经步骤一预处理过的石墨颗粒，在连续搅拌的条件下进行化学 镀铜反应，镀层厚度由时间控制在0. 5〜2. 5 μ m。
[0029] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五至七之一不同的是：步骤二所述 的石墨颗粒化学镀铜过程为：分别将20g CuSO4 · 5H20、40g Na2EDTA,30g C4H4KNa · 4H20溶 于65°C的蒸馏水中，将20gNa0H溶于冷水中；再将装有CuSO4 ·5Η20溶液的烧杯放置在60°C 的水浴锅中，边搅拌边将Na2EDTA (依地酸二钠）溶液缓缓加入到CuSO4 ·5Η20溶液，搅拌30 分钟后，加入C4H4KNa · 4Η20溶液，随后缓缓加入NaOH溶液并加大搅拌力度；待溶液澄清后 加入50mg的α，α’_联吡啶，搅拌均勻后用蒸馏水稀释至IL作为镀液待用，将配制好的 镀液加热到65°C，加入20ml质量分数为37 %的甲醛，调整pH，镀液pH由质量浓度为10%的NaOH稀溶液调至12. 5〜13. 0，加入经步骤一预处理过的石墨颗粒，在连续搅拌的条件下 进行化学镀铜反应，镀层厚度由时间控制在2. 5〜5 μ m。
[0030] 具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五至八之一不同的是：所述的步骤 三将体积百分比为5%的40nm的碳化硅颗粒和体积百分比为90%的200目铜粉按照球料 比3 ： 1的比例用行星式球磨机混合均勻，转速为500r/min，时间为6h，然后将混合粉末与 体积百分比为5%的经步骤二镀铜处理过的含镀铜层的石墨颗粒在滚筒式混粉设备上进行 混合，球料比为2 ： 1，球磨时间为6小时，转速为80转/分钟。
[0031] 具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式五至九之一不同的是：所述的步骤 三将体积百分比为3%的40nm的碳化硅颗粒和体积百分比为87%的200目铜粉按照球料 比4 ： 1的比例用行星式球磨机混合均勻，转速为400r/min，时间为8h，然后将混合粉末与 体积百分比为10%的经步骤二镀铜处理过的含镀铜层的石墨颗粒在滚筒式混粉设备上进 行混合，球料比为2 ： 1，球磨时间为8小时，转速为120转/分钟。
[0032] 具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式五至十之一不同的是：所述的步 骤三将体积百分比为3%的40nm的碳化硅颗粒和体积百分比为82%的200目铜粉按照球 料比4 ： 1的比例用行星式球磨机混合均勻，转速为300r/min，时间为10h，然后将混合粉 末与体积百分比为15%的经步骤二镀铜处理过的含镀铜层的石墨颗粒在滚筒式混粉设备 上进行混合，球料比为2 ： 1，球磨时间为10小时，转速为150转/分钟。
[0033] 具体实施方式五至七中阐述的实施例为以石墨材料为5%、10%、15%的比例与纳 米碳化硅与铜粉混合后制成的复合材料，它们的力学性能和导电性能如下表1，从表中可 知，镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的力学性能和导电性能更加优异；同体 积耐磨擦性能见表2，从表中可知，随着石墨体积百分比的增加，复合材料的磨损量逐渐下 降。
[0034] 同一体积百分比下，镀铜石墨增强铜基复合材料的耐磨性能均好于未镀铜石墨 的。
[0035] 表1 ：不同石墨体积百分比下镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的性能表
[0036]
[0037] 表2 ：铜基复合材料（体积：直径6mmX长20mm)在不同载荷下滑动距离为IOOOm 时的磨损量（10_2g)
[0038]
[0039] 具体实施方式十二 ：本实施方式与具体实施方式五至十一之一不同的是：所述的 步骤四是按照下述步骤实现的：将步骤三混合后的混合粉放入石墨模具中冷压成型，当材 料致密度压至60 %时，将混合粉连同石墨模具放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，真空 至1. 33X IO"2帕，以10°C /min的升温速率升至400°C，保温40min，然后升温至870°C，同时 加压至20MPa，保温2h，随炉冷却至室温，脱模，即可制备出烧结态的复合材料。
[0040] 具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式五至十二之一不同的是：所述的 步骤四是按照下述步骤实现的：将步骤三混合后的混合粉放入石墨模具中冷压成型，当材 料致密度压至55 %时，将混合粉连同石墨模具放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，真空 至1. 33X IO"2帕，以10°C /min的升温速率升至350°C，保温30min，然后升温至840°C，同时 加压至20MPa，保温lh，随炉冷却至室温，脱模，即可制备出烧结态的复合材料。
[0041] 具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式五至十三之一不同的是：所述的 步骤四是按照下述步骤实现的：将步骤三混合后的混合粉放入石墨模具中冷压成型，当材 料致密度压至65 %时，将混合粉连同石墨模具放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，真空 至1. 33X IO"2帕，以20°C /min的升温速率升至450°C，保温50min，然后升温至90°C，同时 加压至30MPa，保温3h，随炉冷却至室温，脱模，即可制备出烧结态的复合材料。
[0042] 具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式五至十四之一不同的是：所述的 步骤五中的具体挤压工艺参数为：炉子升温到800°C，将烧结态的复合材料放入，保温60分 钟，模具加热到450°C，保温30分钟；将烧结态的复合材料从炉中取出放入挤压模具进行挤 压变形，挤压比10 ： 1。
[0043] 具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式五至十五之一不同的是：所述的 步骤五中的具体挤压工艺参数为：炉子升温到900°C，将烧结态的复合材料放入，保温80分 钟，模具加热到600°C，保温60分钟；将烧结态的复合材料从炉中取出放入挤压模具进行挤 压变形，挤压比35 ： 1。
[0044] 具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式五至十六之一不同的是：所述的 步骤五中的具体挤压工艺参数为：炉子升温到850°C，将烧结态的复合材料放入，保温70分 钟，模具加热到500°C，保温45分钟；将烧结态的复合材料从炉中取出放入挤压模具进行挤 压变形，挤压比16 ： 1。11
