【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种渗铜石墨电极制造方法，属于成形制造，具体涉及真空压力条件下将高温铜合金液复合到多孔石墨预制体中的方法，获得一种高强、高导电、长寿命的渗铜石墨电极。
技术介绍
1、目前现代制造业在电火花加工方面主要使用铜和石墨这两种电极。与铜、钨电极相比，石墨电极因其成本低、耐高温、消耗较小、加工速度较快、热膨胀系数小、加工精度高等优点，广泛用于电火花加工技术中，然而，因石墨中的有机物在碳化过程中会留下许多微孔隙，导致其结构强度过低，易脱落，保形性不佳，影响加工精度；导电性能低于铜，影响生产效率；抗氧化性能不佳，电极消耗速度过快，大大减少了使用寿命，增加了成本。
2、为确保设备的顺利运转、实现降本增效，需要做好电极的防氧化措施，减少电极调整次数，减轻工人劳动强度，减少电极消耗。
3、当前电火花加工石墨电极性能提升研究主要集中在以下三个方面：
4、1.材料性能优化：如使用化学试剂或物理方式去除杂，提高石墨的纯度以提高其导电性能；用小粒径的石墨颗粒制备或是用极大压力进行压制得到高密度、高光洁度的石墨电极材料，提高电极的结构强度和加工精度；低温处理石墨电极材料，提高石墨的导电性能。
5、2.成形工艺改进：如采用等静压工艺代替模压、挤压，这样能够提高石墨的力学性能，得到的石墨内部结构均匀，具有高强高密高导电性的特点。但缺点是周期长、投资大、设备昂贵。
6、3.电极材料复合化：如铜基/石墨复合电极，发现少量石墨的加入有利于正电极加工，能够得到更光滑整洁的表面，但铜基成本较高，且缺
7、目前国外研究不仅关注电极材料的性能优化，还注重电极的使用寿命和环保性能，研究提高电极的磨损机制和表面处理技术。
8、例如通过电极参数的改变、介质来探究石墨电极的磨损；采用碳纳米管增强石墨电极提高机械强度和导电性；使用复杂的化学试剂对石墨进行表面处理，增强石墨成形后的结构强度和抗氧化能力；采用超微粒子技术制备出高密度、高光洁度、高加工精度的石墨电极；改善石墨电极配方以减少生产所带来的污染。
9、综上所述，现代制造业对于石墨电极提出了更高的要求，如何提高表面光洁度、结构强度、使用寿命是关键技术难点。目前缺乏有效的工艺方法，实现既保证加工效果，又减少电极损耗的目的。
技术实现思路
1、针对目前石墨电极工作精度低、结构强度低、保形性差和损耗大寿命低等缺点，本专利技术提供一种用于电火花加工的渗铜石墨电极及其制造方法。其基本过程如下：本专利技术专利提供一种用于电火花加工的渗铜石墨电极及其制造方法。首先使用沸腾包衣干燥机将石墨粉进行包覆预处理，精细破碎过筛后放入球磨机中进行均匀混合，再利用微热压成形技术快速制备出石墨预制体，单元层制备过程中放入所打印的多个有机物网络并多次重复。然后对石墨预制体进行高温碳化得到预制体。使用直流磁控溅射技术，在石墨预制体中的浸渍通道中溅射出cr夹层。将石墨预制体放入浸渍炉中，在高温真空压力条件下将铜合金溶液浸渍到石墨内部的浸渍通道中，最后进行机械加工修型并进行清洁干燥，获得渗铜石墨电极。
2、一种渗铜石墨电极，对石墨预制体内的有机物网络烧结形成网络通道，网络通道内壁经磁控溅射附着铬膜，再对通道浸渗入铜合金，得到渗铜石墨电极。
3、所述的有机物网络为3d打印机打印出的网状有机物网络，所述的有机物包括聚乳酸；所述的石墨预制体包括人造石墨。
4、所述的铜合金由cu、sn、al2o3、zn组成，纯度均大于99.5%，其中sn占铜合金的质量分数为1~3%，al2o3占铜合金的质量分数为0.3~1%，zn占铜合金的质量分数为1~2%，其余为cu。
5、所述的渗铜石墨电极的制造方法，可以通过设计有机物网络控制浸渍通道在石墨预制体中数量和分布，从而控制铜合金在石墨预制体中的含量。包括如下步骤：
6、（1）制备有机物网络：3d打印出多个网状有机物网络；
7、（2）粉末预处理：石墨粉采用酚醛树脂进行包覆预处理后粉碎、球磨混匀，得到石墨粉末；
8、在一些实施例中，使用沸腾包衣干燥机对石墨粉进行包覆，让石墨颗粒包覆上酚醛树脂，保证后续石墨颗粒之间的充分粘结。
9、破碎石墨粉以得到更小粒径的石墨颗粒，粒径越小，后续得到的预制体表面越光滑，即光洁度越高、预制体的密度越高、结构强度越高。所述的石墨预制体由高强人造石墨粉和天然鳞片石墨粉组成；
10、（3）微热压成型多孔石墨预制体：将石墨粉末铺粉进行单元层的制备，并加入步骤（1）中的有机物网络，多次重复，使用微热压技术制备出石墨预制体；
11、所述有机物网络在高温烧结后会分解，产生的通道即为后面浸渍铜合金液的通道；采用微热压成形技术可以快速制备出所需结构的石墨预制体；
12、（4）高温碳化：高温烧结步骤（3）中所制备的石墨预制体，形成网络通道；
13、（5）直流磁控溅射cr层：对步骤（4）中经过烧结的石墨预制体进行直流磁控溅射，使在石墨预制体中的网络通道内形成cr夹层；
14、采用物理气相沉积（pvd）的方式，使用直流磁控溅射技术将cr少量溅射到石墨预制体内部的通道中，形成cr夹层以解决c与cu结合性差的问题；
15、（6）真空高温渗铜：将步骤（5）的石墨预制体在高温真空压力条件下浸渍铜合金溶液。
16、高温真空加压条件下浸渍铜合金溶液能够有效提高浸渍的效率。
17、（7）后处理：对步骤（6）中的渗铜石墨材料进行清洗并烘干，完成电极的制备。
18、在一些实施例中，其预先打印好的有机物网络，使用的机器为高压静电熔融3d打印机，成分包括聚乳酸，网络的径向尺寸与石墨基体相匹配，为25-30mm，线条直径为40~400μm，最小特征尺寸为10~20nm。形状如附图1所示，包含：环形、雪花形、v形、y形，其尺寸参数大小可进行调整。
19、所述的石墨粉为人造石墨粉末，含碳量大于99%；包覆液为浓度为35-40mass%的液态酚醛树脂与无水乙醇按混合而成，获得酚醛树脂质量分数为10~20wt.%的液态酚醛树脂混合液，混合液与石墨粉放入混捏机中混合5~11小时；石墨粉破碎过筛取1750~6250目筛下物后，放入球磨机中均匀混合5~8小时。
20、步骤（3）中所述的单元层的厚度为5mm-8mm；使用机器为微热压成型机，电磁压头的抨击速度为110~160次/min，成形压力为10~15mpa，保压时间为15~20min，加热温度100-120℃，制备出的石墨预制体密度为1.9-2.0g/cm3。
21、步骤（4）中在真空度至-0.1pa以下以及惰性气氛下，以升温速度30-60℃/h从室温升至400℃，再以100-120℃/h升温至600℃，最后以180-200℃/h升温至800℃，保温30min，最后随炉冷却到室温后取出，重复上述过程不少于1次。
22、所述的惰性气本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种渗铜石墨电极，其特征在于，对石墨预制体内的有机物网络烧结形成网络通道，网络通道内壁经磁控溅射附着铬膜，再对通道浸渗入铜合金，得到渗铜石墨电极。
2.根据权利要求1所述的渗铜石墨电极，其特征在于， 所述的有机物网络为3D打印机打印出的网状有机物网络，所述的有机物包括聚乳酸；所述的石墨预制体包括人造石墨。
3.根据权利要求1所述的渗铜石墨电极，其特征在于，所述的铜合金由Cu、Sn、Al2O3、Zn组成，纯度均大于99.5%，其中Sn占铜合金的质量分数为1~3%，Al2O3占铜合金的质量分数为0.3~1%，Zn占铜合金的质量分数为1~2%，其余为Cu。
4.根据权利要求1-3任一项所述的渗铜石墨电极的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的渗铜石墨电极的制造方法，其特征在于，所述的有机物网络的结构包括环形、雪花形、V形、Y形中的任意一种或多种的组合；所述的有机物包括聚乳酸。
6.根据权利要求4所述的渗铜石墨电极的制造方法，其特征在于，步骤（3）中所述的单元层的厚度为5mm-8mm；
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8.根据权利要求4所述的渗铜石墨电极的制造方法，其特征在于，步骤（5）的直流磁控溅射Cr层过程中，先将石墨预制体放入NaOH溶液中进行粗化，再在溅射电压为300-350V，溅射电流为0.2-0.4A，溅射压力为1.0~1.5Pa，溅射时间为5~10min，氩气浓度为99%，温度为300-350℃的条件下将Cr溅射到石墨预制体上，Cr溅射夹层厚度为1.5~2.0μm。
9.根据权利要求4所述的渗铜石墨电极的制造方法，其特征在于，步骤（6）的真空高温渗铜过程中，将石墨型预制体放入真空浸渍釜中，抽真空至-0.1Pa以下加压，升温至1400~1600℃，然后在1~2MPa压力和高温条件下将铜合金溶液浸渍到石墨预制体中的浸渍通道中，浸渍时间为10~15min，随后在70~90℃热风干燥箱烘干，重复上述过程不少于1次；
10.在电火花加工中应用的渗铜石墨电极，其特征在于，根据权利要求4-9任一项所述的方法制备得到，所述的渗铜石墨电极包括石墨、铜合金、铬，其中石墨粉末体积占比为90-95%，铜合金体积占比为2-8%，铬体积占比为1-3%；铜合金有规律地分布在石墨预制体中的浸渍通道内，形成高强高导高寿命的渗铜石墨电极。
...【技术特征摘要】
1.一种渗铜石墨电极，其特征在于，对石墨预制体内的有机物网络烧结形成网络通道，网络通道内壁经磁控溅射附着铬膜，再对通道浸渗入铜合金，得到渗铜石墨电极。
2.根据权利要求1所述的渗铜石墨电极，其特征在于， 所述的有机物网络为3d打印机打印出的网状有机物网络，所述的有机物包括聚乳酸；所述的石墨预制体包括人造石墨。
3.根据权利要求1所述的渗铜石墨电极，其特征在于，所述的铜合金由cu、sn、al2o3、zn组成，纯度均大于99.5%，其中sn占铜合金的质量分数为1~3%，al2o3占铜合金的质量分数为0.3~1%，zn占铜合金的质量分数为1~2%，其余为cu。
4.根据权利要求1-3任一项所述的渗铜石墨电极的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的渗铜石墨电极的制造方法，其特征在于，所述的有机物网络的结构包括环形、雪花形、v形、y形中的任意一种或多种的组合；所述的有机物包括聚乳酸。
6.根据权利要求4所述的渗铜石墨电极的制造方法，其特征在于，步骤（3）中所述的单元层的厚度为5mm-8mm；
7.根据权利要求4所述的渗铜石墨电极的制造方法，其特征在于，步骤（4）中在真空度至-0.1pa以下以及惰性气氛下，以升温速度30-60℃/h从室温升至400℃，再以100-120℃/h升...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴海华，王一凡，周雁鸣，李思凯，汪纪元，张华龙，龚亮，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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