镀铜石墨复合材料的制备及其性能研究制备铜／石墨复合材料时， 因铜粉和石墨粉截然不同的物理化学性质，故采 用粉末冶金法混合不容易均匀，易产生偏析若用液态冶金法， 由于石墨与铜在 1 100℃的高温下润湿角也高达140石墨很难分散于铜中，也易产生偏析若 先将石墨粉表面镀覆一层连续的铜，使材料中的铜形成连续的三维网络结构，则 可制取碳含量高、强度高、 导热性和导电性好的铜石墨复合材料在石墨粉镀铜 工艺上，有电镀法 [1] 和化学镀法 [2] 电镀法是外加电源给石墨粉提供电子，铜 离子在石墨粉的表面获得电子，从而形成镀铜层 置换镀属于一种特殊类型的化学镀， 它是靠电位较负的基体金属的溶解提供 电子，使液相中电位较正的金属离子还原成金属沉积在基体表面的过程有学者 使用过置换镀在石墨粉的表面镀铜的研究，但对镀铜的机理及对材料性能的影响 研究较少 实验采用铁粉作还原剂， 硫酸铜酸溶液为主盐置换镀铜然后用镀铜石墨粉 制得镀铜石墨复合材料试样，并且进行了性能检测 石墨粉表面镀铜效果分析各因素对镀铜效果分析的影响见下表表一些因素对 镀铜效果的影响注t 不均匀用“不均”表不；较均匀用“较均”表刀I ；各因累的值用“值”表示； 强镀石墨粉用“漏镀”表示；单质铜粉用“铜”表示；镀铜石举粉的色泽用。
色 泽”表示．从上表可以做如下分析： 使用的锌粉粗细程度，硫酸铜浓度大小，温度，温度过低，镀覆粉颜色很暗 铜大部分以单质铜粉存在，色泽也不均匀，镀覆质量急剧下降，若温度太高，反 应速度太快，镀层结构也就越疏松，并且反应速度越快， 未被石墨粉表面吸附的 单质铜粉会增多 pH 值不宜过高镀铜石墨复合材料金相分析 图1是制成的镀铜石墨复合材料与普通 铜／石墨复合材料的金相照片 从镀铜 石墨复合材料与普通铜／石墨复合材 料的金相照片可知：以镀铜石墨粉为原 料制作铜／石墨复合材料可使铜形成连续的三维网络， 而以铜、石墨粉为原料机械混合制作的普通铜／石墨复合材料 则产生偏析现象实验表明制作铜／石墨复合材料时，烧结温度的控制，否则会 产生偏析现右图一镀铜石墨复合材料(a) 和普通铜石复合材料 (b) 的金相照片 (200X) 镀铜石墨复合材料性能分析镀铜石墨复合材料电阻率分析 图2是镀铜石墨复合材料与普通铜／石墨复合材料的电阻率随着碳含量变化的趋 势图从趋势图可以看出： 镀铜石墨复合材料与普通铜／石墨复合材料的电阻率 随着碳含量的增加而急剧上升 分析认为．在相同碳含量下， 碳含量高于 20％时， 前者电阻率明显低于后者。
在碳含量高于 70％的情况下， 镀铜石墨粉对制品中铜 的组织形态分布的影响也较小，对电阻率改善不明显 铜／石墨复合材料的电阻 率越低，使用时接触电损耗越小镀铜石墨复合材料抗折强度的测试分析 图3是镀铜石墨复合材料与普通铜／石墨复合材料的抗折强度随石墨含量变化的 趋势图，由图可知： 石墨含量较低时， 镀铜石墨复合材料其抗折强度低于普通铜 石墨复合材料， 而在石墨含量为 30％～60％时，抗折强度优于普通铜石墨复合材 料，随着石墨含量进一步增加，两者抗折强度差别逐渐缩小分析认为，石墨含 量较低时， 铜对抗折强度的影响起主要作用，当石墨含量增加后，镀铜石墨复合 材料中铜形成的网络结构有利于提高材料的抗折强度，在高含碳量时， 镀铜石墨 复合材料中铜难以维持连续性导致两者抗折强度差别较小 镀铜石墨复合材料肖氏硬度分析 图4为试样的肖氏硬度随外加石墨粉含量变化的趋势图由图可知：随石墨含量的增加， 复合材料的肖氏硬度都呈下降趋势在相同石墨 含量下，镀铜石墨复合材料的肖氏硬度明显低于普通铜石墨复合材料分析认为， 石墨本身的硬度很低，所以随着石墨含量的增加，材料的硬度降低另一方面， 普通铜石墨复合材料中，石墨一石墨以及铜_石墨界面，有利于提高其硬度，但 在镀铜石墨复合材料中，主要以石墨一铜、铜一铜的界面形式存在。
难以达到上 述效果，这也是导致镀铜石墨复合材料肖氏硬度不高的原因 外加石墨粉对镀铜石墨复合材料性能的影响 本实验在铜与石墨的质量比为1的镀铜石墨粉中加入不同质量分数的石墨粉，在 100MPa 的压力下压制成型， 然后在 800℃的氢气还原气氛中以每小时100 C的升温 速率对制品进行烧结，制得复合材料并进行性能分析 外加石墨粉对镀铜石墨复合材料收缩率的影响 图5为试样的体积收缩率随外加石墨 粉含量变化而变化的趋势图 从图5可以看出：没有采取外加石墨 粉的制品出现了较大的体积膨胀，达 到了2．1％随着外加石墨粉质量的 增加，增加到 10％时，制品微量的烧 结收缩在20％～25％之问，制品的 收缩达到了最大，体积收缩率约为 2．3％左右随着外加石墨粉继续增 加，收缩率又星缓慢的下降趋势制 品烧结收缩， 密度增加， 对其性能也 产生了相应影响 外加石墨粉对镀铜石墨复合材 料肖氏硬度的影响 图6为试样的肖氏硬度随外加石墨 粉含量变化而变化的趋势图 从图6 中看出：随着外加石墨粉含量的增 加其肖氏硬度首先呈上升趋势，在 质量分数达到 20％时硬度达到最大，如继续加入石墨粉则肖氏硬度又逐渐降低分析认为，加入石墨粉 的量较少时，石墨粉能有效的改善其传质通道，提高了烧结性能， 从而增加其硬 度， 但是由于石墨本身的硬度较低， 当石墨粉含量超过一定量的时候其硬度降低。
外加石墨粉含量对镀铜石墨复合材料电阻率的影响 图7为试样的电阻率随外加石墨粉含量变化而变化的趋势图从图中看出：随着 外加石墨粉含量的增加其电阻率首先呈下降趋势，在质量分数达到 25％时电阻率 最小，如继续加入石墨粉则电阻率又逐渐增加分析认为， 当加入石墨粉的量较 少时，石墨粉能被镀铜石墨粉包覆， 有利于铜在烧结过程中形成更均匀的三维网 络结构，导致电阻率下降 随着石墨粉的不断增加， 铜在烧结过程中三维网络结 构被破坏，石墨粉在材料中对电阻率的影响增强，所以材料的电阻率反而上升 添加剂对镀铜石墨复合材料肖氏硬度的影响 图9为试样的肖氏硬度随添加剂含量变化而变化的趋势图 从图9可以看出：试样硬度当二硫化钼含量在3％左右达到最大值， 随后出现下降 趋势，硬脂酸钙在少量加入的时候能有效的提高其硬度，在含量为2％左右达到 最大值，超过 2％后材料硬度迅速下降添加剂对镀铜石墨复合材料电阻率的影 响从图 10可以看出： 二硫化钼和硬脂酸钙都会增加试样的电阻率，但二硫化钼对 试样电阻率影响很小，而硬脂酸钙对其影响则较大分析认为，导致这种现象的 原因，一方面与添加剂本身的性质有关外，另一方面与添加剂对材料收缩率的影 响有关。
结论：(1) 锌粉置换法制取镀铜石墨粉，操作简单、方便、可靠、易控制，生产 成本低，非常适合工业化运用 (2) 镀铜石墨复合材料在电阻率、硬度、抗弯强度等方面优于机械混合铜石墨复 合材料 (3) 适当外加部分石墨粉和添加剂可有效提高了镀铜石墨复合材料。