碳/铜复合材料(C/Cu)是目前最具有应用前景的滑动导电材料之一,因其既具有碳材料自润滑、耐磨、低热膨胀系数的优点,又具有铜金属良好的导电导热性而受到众多研究者的关注。但由于碳和铜既不润湿又不发生化学反应,因此两者很难形成良好的界面结合,导致力学性能及热物理性能较差。目前主要通过铜基体合金化和碳增强相表面改性两种方法改善碳/铜界面结合,但是仍然存在碳/铜复合材料强度与导电导热性能难以兼顾的问题。为了获得良好的碳/铜界面结合和使用性能,本文通过采用碳纤维/树脂碳(C/C)、纯碳纤维(C_f)、石墨(Graphite)、玻璃碳(GC)四种基体碳与Cu-10wt.%Ti合金复合制备了不同碳基体的碳/铜复合材料,研究基体碳种类对碳/铜界面润湿性及界面层微观组织的影响;选用优化的碳纤维/树脂碳(C/C)多孔体为基体碳制备了碳/碳-铜复合材料(C/C-Cu),并研究了C/C多孔体密度对C/C-Cu复合材料硬度、压缩强度、导电导热及热稳定性能的影响,同时与商用1.8 g/cm~3 C/C复合材料的性能进行了对比。研究结果表明:(1)C/C和C_f与Cu-Ti合金的润湿性较好,接触角分别为56.26°和40.12°,Graphite和GC与Cu-Ti合金不发生润湿,接触角均大于90°。C_f的界面层较致密均匀,且厚度最大,约5.21μm;C/C界面C原子扩散范围广,界面层厚度约4.28μm;综合评价四种基体碳与Cu-Ti合金的润湿行为及界面层组织优劣顺序为:C_f>C/C>Graphite>GC。(2)C/Cu界面层主要为Ti C相,其形成机制是C原子通过扩散进入Ti_xCu_y相反应形成了Ti C新相,而Ti C相与C相和Cu相能够完全润湿,大量的Ti C沉淀在基体碳上形成连续的界面层,从而有效改善了C/Cu界面润湿性和界面结合状态。(3)随着PIP循环增加,C/C多孔体闭孔隙率逐渐增大,增重率逐渐减小;高温热处理能提高C/C多孔体增密效率。C/C-Cu复合材料主要由C相、Cu相和Ti C相组成,C相和Cu两相形成“互联互通”的三维网络结构。随着浸渗保温时间延长,碳纤维和树脂碳界面能够形成厚度均匀、致密的Ti C层,约为2μm。(4)随着C/C多孔体密度从0.91 g/cm~3增大至1.22 g/cm~3,C/C-Cu复合材料硬度、压缩强度逐渐增大;电导率、热导率和热膨胀系数逐渐减小;C/C-Cu复合材料平行和垂直方向性能差异明显。随着温度升高,C/C-Cu复合材料平行方向热导率先增大后保持不变,垂直方向缓慢增大。此外,600℃退火热处理能有效改善复合材料冷热冲击后尺寸稳定性。相对于商用C/C复合材料,C/C多孔体密度为0.91 g/cm~3的C/C-Cu复合材料压缩强度、电导率和热导率在平行和垂直方向性能更优,经退火处理后,C/C-Cu复合材料冷热冲击后尺寸稳定性更好,其压缩强度、电导率、热导率、冷热冲击后尺寸变化率平行和垂直方向分别为190 MPa和218 MPa、4.12 MS/m和3.47 MS/m、100.12 W/(m?K)和47.30W/(m?K)、0.41%和0.04%。