专利摘要

本发明公开了一种基于速生草的生物质铜碳复合材料，原料包括速生草粉末、纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末，以上各组分以质量分数计分别为：速生草粉末40%～50%、纳米氧化铜粉末30%～40%、纳米活性炭粉末10%～30%。此外还公开了一种基于速生草的生物质铜碳复合材料的制备方法。本发明将速生草的增值利用由低附加值提升到高附加值及碳封存时间较长的机械工程材料及工业产成品，实现了速生草资源利用的最大化、最优化及长效固碳。

权利要求

1.一种基于速生草的生物质铜碳复合材料，其特征在于，原料包括速生草粉末、纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末，以上各组分以质量分数计分别为：速生草粉末40%～50%、纳米氧化铜粉末30%～40%、纳米活性炭粉末10%～30%。

2.根据权利要求1所述的一种基于速生草的生物质铜碳复合材料，其特征在于，所述的速生草粉末为多年生禾本科狼尾草、芒草中的一种或两种的茎杆，经漂洗、干燥、破碎和筛分工序获得粉末，其粒度≤25mm、含水率≤10%。

3.根据权利要求1所述的一种基于速生草的生物质铜碳复合材料，其特征在于，所述的纳米氧化铜粉末中含有以十二烷基苯磺酸钠为改性剂进行表面改性的纳米氧化铜粉末，未改性粉末与改性粉末质量比为3:1。

4.如权利要求1-3所述的任意一种基于速生草的生物质铜碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：

步骤1、制备速生草粉末：选择多年生禾本科狼尾草、芒草中的一种或两种的茎秆经漂洗、干燥、破碎和筛分工序获得速生草粉末，使其粒度≤0.25mm、含水率≤10%；

步骤2、原料粉末混合：将步骤1得到的速生草粉末与纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末按照比例混合，得到均质混合粉末备用；

步骤3、模压成形：取步骤2得到的均质混合粉末，在专用刚性成形模具内实施模压成形，主要工艺参数为：成形压力700～900MPa、成形温度200～300℃、保温保压时间30～90min。

5.根据权利要求4所述的一种基于速生草的生物质铜碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3所述的专用刚性成形模具开设有反应气压消减微孔。

6.根据权利要求4所述的一种基于速生草的生物质铜碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3所述的模压成形为高压热还原成形，成形过程伴有纳米活性炭与纳米氧化铜之间的热还原反应，以及速生草粉末颗粒内部部分成分在热压环境下脱水碳化后生成的活性炭与纳米氧化铜发生的还原反应。

7.根据权利要求4所述的一种基于速生草的生物质铜碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3所述的模压成形工艺参数为：成形压力800MPa、成形温度250℃、保温保压时间60min。

8.一种生物质铜碳复合材料滑动轴承，其特征在于，其利用权利要求4-7所述的任意一种方法制备得到，该轴承产品最终由新生态活性单质铜与速生草粉末颗粒后续脱水碳化产物在高压环境下复合生成。

说明书

技术领域

本发明属于新材料及绿色制造关键技术领域，特别涉及一种以多年生禾本科狼尾草、芒草为基础原材料经高压热还原模压成形制备后可应用于机电工程领域的生物质铜碳复合材料及其制备方法。

背景技术

新型的复合型工程材料由于复合效应，具有比单一材料优越的综合性能，成为当前材料工作者的研究重点。机电工程领域产品的可靠性和先进性，除设计因素外，在很大程度上取决于所选用材料的质量和性能。新型材料的发展是发展新型产品和提高产品质量的物质基础，各种高强度材料的发展，为逐步提高材料的使用强度等级，减轻产品自重提供了条件，而复合型工程材料中的生物质材料在上述方面表现出了较强竞争力。生物质材料是以木本植物、禾本植物和藤本植物及其加工剩余物和废弃物为部分原材料，通过物理、化学和生物学等技术手段与其他金属或非金属材料混合，加工制造性能优异、附加值高的新材料，属于新材料及绿色制造关键技术领域。

速生草作为常见禾本植物种类繁多，本发明特以多年生禾本科狼尾草、芒草为基础原材料制备生物质材料，它们具有生长速度快、同化CO₂能力强、生物质产量高等特点。经测算，上述速生草年产鲜草高达20～30吨/亩、绝干生物质达3～5吨/亩，完善和拓展速生草资源化途径，建设有关速生草的高质利用产业链，扩展速生草的应用领域，使速生草能够更有效的实现对碳的封存之课题已摆在科技工作者的面前。通过速生草的高质清洁利用，实现在降低人类对森林、矿产等资源依赖程度的同时减少温室气体排放、防治大气污染、培植新的经济增长点，将速生草的增值利用由低附加值提升到高附加值及碳封存时间较长的机械工程材料及工业产成品，从而实现速生草资源利用的最大化、最优化和长效固碳，已成为科技工作的一种责任。

发明内容

针对目前速生草利用技术存在的缺陷，本发明提供了一种以速生草为基础原材料经高压热还原模压成形制备后可应用于机电工程领域的生物质铜碳复合材料，其将速生草的增值利用由低附加值提升到高附加值及碳封存时间较长的机械工程材料及工业产成品，实现了速生草资源利用的最大化、最优化及长效固碳。

此外，还提供了一种基于速生草的生物质铜碳复合材料的制备方法。

为实现以上技术目的，本发明采用的技术方案为：一种基于速生草的生物质铜碳复合材料，其特征在于，原料包括速生草粉末、纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末，以上各组分以质量分数计分别为：速生草粉末40%～50%、纳米氧化铜粉末30%～40%、纳米活性炭粉末10%～30%。

较佳实施情况下，所述的速生草粉末为多年生禾本科狼尾草、芒草中的一种或两种的茎杆，经漂洗、干燥、破碎和筛分工序获得粉末，其粒度≤25mm、含水率≤10%。

较佳实施情况下，所述的纳米氧化铜粉末中含有以十二烷基苯磺酸钠为改性剂进行表面改性的纳米氧化铜粉末，未改性粉末与改性粉末质量比为3:1。

一种基于速生草的生物质铜碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：

步骤1、制备速生草粉末：选择多年生禾本科狼尾草、芒草中的一种或两种的茎秆经漂洗、干燥、破碎和筛分工序获得速生草粉末，使其粒度≤0.25mm、含水率≤10%；

步骤2、原料粉末混合：将步骤1得到的速生草粉末与纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末按照比例混合，得到均质混合粉末备用；

步骤3、模压成形：取步骤2得到的均质混合粉末，在专用刚性成形模具内实施模压成形，主要工艺参数为：成形压力700～900MPa、成形温度200～300℃、保温保压时间30～90min。

较佳实施情况下，步骤3所述的专用刚性成形模具开设有反应气压消减微孔。

步骤3所述的模压成形为高压热还原成形，成形过程伴有纳米活性炭与纳米氧化铜之间的热还原反应，以及速生草粉末颗粒内部部分成分在热压环境下脱水碳化后生成的活性炭与纳米氧化铜发生的还原反应。

较佳实施情况下，步骤3所述的模压成形工艺参数为：成形压力800MPa、成形温度250℃、保温保压时间60min。

一种生物质铜碳复合材料滑动轴承，其特征在于，其利用权利要求4-7所述的任意一种方法制备得到，该轴承产品最终由新生态活性单质铜与速生草粉末颗粒后续脱水碳化产物在高压环境下复合生成。

本发明的有益效果：本发明提供的一种基于速生草的生物质铜碳复合材料的制备方法，该方法所涉及的模压成形为高压热还原成形，成形过程伴有纳米活性炭与纳米氧化铜之间的热还原反应，以及速生草粉末颗粒内部部分成分在热压环境下脱水碳化后生成的活性炭与纳米氧化铜发生的还原反应，还原反应的结果是获得新生活性单质铜，即最终产品由新生态活性单质铜与速生草粉末颗粒后续脱水碳化产物在高压环境下复合生成，具有烧结铜合金的部分特性，不仅强度高、耐磨损，而且抗霉变。

通过上述方法制备的生物质铜碳复合材料具有良好的致密性、导电性、导热性、抗磨损性和较高的强度与硬度，可部分替代传统铜碳合金用于机电工程、电火花成形电极制造等领域。

本发明通过速生草的高质清洁利用，实现在降低人类对森林、矿产等资源依赖程度的同时减少温室气体排放、防治大气污染、培植新的经济增长点，将速生草的增值利用由低附加值提升到高附加值及碳封存时间较长的机械工程材料及工业产成品，从而实现速生草资源利用的最大化、最优化和长效固碳，使扩展速生草的应用领域，建设有关速生草的高质利用产业链成为可能。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

实施例1：

一种基于速生草的生物质铜碳复合材料，原料包括速生草粉末、纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末，以上各组分以质量分数计分别为：速生草粉末40%、纳米氧化铜粉末30%、纳米活性炭粉末30%。其中，速生草粉末为多年生禾本科狼尾草的茎杆，经漂洗、干燥、破碎和筛分工序获得粉末，其粒度≤25mm、含水率≤10%。

一种基于速生草的生物质铜碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备速生草粉末：选择多年生禾本科狼尾草的茎秆经漂洗、干燥、破碎和筛分工序获得速生草粉末，使其粒度≤0.25mm、含水率≤10%；

步骤2、原料粉末混合：将步骤1得到的速生草粉末与纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末按照比例混合，得到均质混合粉末备用；

步骤3、模压成形：取步骤2得到的均质混合粉末，在专用刚性成形模具内实施模压成形，专用刚性成形模具开设有反应气压消减微孔，主要工艺参数为：成形压力700MPa、成形温度300℃、保温保压时间90min；需要特别指出的是该步骤的模压成形为高压热还原成形，成形过程伴有纳米活性炭与纳米氧化铜之间的热还原反应，以及速生草粉末颗粒内部部分成分在热压环境下脱水碳化后生成的活性炭与纳米氧化铜发生的还原反应。

实施例2：

一种基于速生草的生物质铜碳复合材料，原料包括速生草粉末、纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末，以上各组分以质量分数计分别为：速生草粉末50%、纳米氧化铜粉末40%、纳米活性炭粉末10%。其中，速生草粉末为多年生禾本科芒草的茎杆，经漂洗、干燥、破碎和筛分工序获得粉末，其粒度≤25mm、含水率≤10%。

一种基于速生草的生物质铜碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备速生草粉末：选择多年生禾本科芒草的茎秆经漂洗、干燥、破碎和筛分工序获得速生草粉末，使其粒度≤0.25mm、含水率≤10%；

步骤2、原料粉末混合：将步骤1得到的速生草粉末与纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末按照比例混合，得到均质混合粉末备用；

步骤3、模压成形：取步骤2得到的均质混合粉末，在专用刚性成形模具内实施模压成形，专用刚性成形模具开设有反应气压消减微孔，主要工艺参数为：成形压力900MPa、成形温度200℃、保温保压时间30min；需要特别指出的是该步骤的模压成形为高压热还原成形，成形过程伴有纳米活性炭与纳米氧化铜之间的热还原反应，以及速生草粉末颗粒内部部分成分在热压环境下脱水碳化后生成的活性炭与纳米氧化铜发生的还原反应。

实施例3：

一种基于速生草的生物质铜碳复合材料，原料包括速生草粉末、纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末，以上各组分以质量分数计分别为：速生草粉末45%、纳米氧化铜粉末35%、纳米活性炭粉末20%。其中，速生草粉末为多年生禾本科狼尾草和芒草的茎杆，经漂洗、干燥、破碎和筛分工序获得粉末，其粒度≤25mm、含水率≤10%；纳米氧化铜粉末中含有以十二烷基苯磺酸钠为改性剂进行表面改性的纳米氧化铜粉末，未改性粉末与改性粉末质量比为3:1。

一种基于速生草的生物质铜碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备速生草粉末：选择多年生禾本科狼尾草和芒草的茎秆经漂洗、干燥、破碎和筛分工序获得速生草粉末，使其粒度≤0.25mm、含水率≤10%；

步骤2、原料粉末混合：将步骤1得到的速生草粉末与纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末按照比例混合，得到均质混合粉末备用；

步骤3、模压成形：取步骤2得到的均质混合粉末，在专用刚性成形模具内实施模压成形，专用刚性成形模具开设有反应气压消减微孔，主要工艺参数为：成形压力700～800MPa、成形温度250℃、保温保压时间60min；需要特别指出的是该步骤的模压成形为高压热还原成形，成形过程伴有纳米活性炭与纳米氧化铜之间的热还原反应，以及速生草粉末颗粒内部部分成分在热压环境下脱水碳化后生成的活性炭与纳米氧化铜发生的还原反应。

实施例4：

一种生物质铜碳复合材料滑动轴承，其利用实施例3所述方法制备得到，其中刚性成形模为按滑动轴承制品技术要求设计制造，该轴承产品最终由新生态活性单质铜与速生草粉末颗粒后续脱水碳化产物在高压环境下复合生成。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

一种基于速生草的生物质铜碳复合材料及其制备工艺专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。