一种铜材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种铜材料的制备方法，包括：将铜粉进行球磨，得到高活性纳米铜粉；将所述高活性纳米铜粉冷压成型，得到坯体；将所述坯体进行烧结，得到铜材料。目前同时具有高强度高电导率的铜合金是研发的热点。但现有技术多采用添加其他金属或氧化物来提高铜材料的力学性能。伴随而来的是随着第二相添加量的增加而导致的铜材料电导率的降低。而本发明专利技术仅是利用超细晶强化作用提高铜材料强度，铜材料仍具有较高的电导率。

A copper material and its preparation method

The invention provides a preparation method of copper material, including grinding copper powder to obtain highly active nano copper powder, forming the high active nano copper powder by cold pressing and obtaining the body, sintering the body and getting the copper material. At present, copper alloy with high strength and high conductivity is a hot topic of research and development. However, other metals or oxides are used to improve the mechanical properties of copper materials. The electrical conductivity of copper materials decreases with the increase of second phase addition. The present invention only enhances the strength of copper materials by using ultrafine grain strengthening, and copper materials still have higher electrical conductivity.

【技术实现步骤摘要】
一种铜材料及其制备方法
本专利技术涉及金属材料
，尤其涉及一种铜材料及其制备方法。
技术介绍
铜和铜合金具有优异的导电、导热和抗腐蚀性能，在电子、电力、航空航天、汽车、船舶等领域应用广泛。但铜及铜合金强度低，纯铜在退火状态下的抗拉强度只有220MPa。因此，在保存铜及铜合金的导电、导热性能的前提下，如何提高材料的力学性能已成为铜合金材料制备技术研发的热点。目前主要通过合金化法和复合材料法来提高铜合金的力学性能。合金化方法是传统高性能铜合金的制备方法，其主要包括固溶强化、沉淀强化、细晶强化和形变强化等手段来强化铜基体。铜合金化技术比较成熟，工艺简单，成本较低，适宜规模化生产，但是制备得到的材料强度较低(550MPa)，电导率受合金元素加入量的制约，下降较多(50％～70％IACS)，难以满足新一代电子产品对性能的需求。复合材料法制备的铜合金抗拉强度较高(>1000MPa)，但其工艺较复杂，产品性能不稳定，生产成本高，需要进一步研究。因此，开发一种高强度高导电率的纯铜材料成为本领域技术人员研究的热点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种铜材料及其制备方法，本专利技术提供的铜材料具有较高的强度和导电率。本专利技术提供了一种铜材料的制备方法，包括：将铜粉进行球磨，得到高活性纳米铜粉；将所述高活性纳米铜粉冷压成型，得到坯体；将所述坯体进行烧结，得到铜材料。在本专利技术中，所述铜粉优选为纯铜粉，所述铜粉的纯度优选为99.5～99.9％，更优选为99.6～99.8％。本专利技术对所述铜粉的粒度没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的铜粉粒度即可。在本专利技术中，所述球磨优选为高能球磨，所述高能球磨是利用研磨介质在做高频振动的筒体内对物料进行冲击、摩擦、剪切等作用而使物料粉碎的球磨方式，其基本原理是利用机械能来诱发化学反应或诱导材料组织、结构和性能的变化，以此来制备新材料，其具有明显降低反应活化能、细化晶粒、极大提高粉末活性和改善颗粒分布均匀性及增强体与基体之间界面的结合，促进固态离子扩散，诱发低温化学反应的优点，从而提高了材料的密实度、电、热学等性能。在本专利技术中，所述球磨优选在保护性气体下进行，所述保护性气体优选为惰性气体。在本专利技术中，所述球磨过程中的球料比优选为(3～7)：1，更优选为(4～6)：1，最优选为5:1。在本专利技术中，所述球磨过程中的转速优选为1450～1550转/分，更优选为1450转/分～1470转/分。在本专利技术中，所述球磨的时间优选为80～160小时，更优选为100～140小时，最优选为120～130小时。在本专利技术中，所述球磨的过程中优选加入防锻剂，所述防锻剂能够避免本专利技术在球磨过程中铜粉的结块和团聚。在本专利技术中，所述防锻剂优选为丙酮。在本专利技术中，所述铜粉和防锻剂的用量比例优选为10kg:(20～60)mL，更优选为10kg:(30～50)mL，最优选为10kg:38mL。在本专利技术中，所述高活性纳米铜粉的粒度优选为10～50nm，更优选为10～30nm，最优选为10～20nm。本专利技术球磨后得到的纳米铜粉为高活性的铜粉，这种纳米铜粉具有较高的活性能，能够实现低温下烧结成块。在本专利技术中，所述冷压成型的压力优选为300～400MPa，更优选为320～380MPa，最优选为340～360MPa。在本专利技术中，所述冷压成型的保压时间优选为0.5～3min，更优选为1～2min。在本专利技术中，所述烧结的温度优选为500～750℃，更优选为550～700℃，最优选为600～650℃。在本专利技术中，所述烧结的时间优选为0～15min，更优选为3～10min，最优选为5min。在本专利技术中，所述烧结的压力优选150～250MPa，更优选为180～220MPa，最优选为200MPa。本专利技术将纳米铜粉在低温下快速烧结，能够避免烧结过程中铜粉颗粒晶体的长大，达到超细晶强化铜材料的目的。在本专利技术中，所述烧结优选在惰性气氛下进行；所述惰性气氛优选为氩气。在本专利技术中，所述烧结的方法优选为：将所述坯体在烧结温度保温后进行加压。在本专利技术中，所述烧结温度优选为500～750℃；所述保温时间优选为3～8min；所述加压压力优选为150～250MPa；所述加压时间优选为0.5～3min，更优选为1～2min。本专利技术先将坯体加热后保温然后再施加压力能够使坯体充分预热，各部位均达到烧结温度，降低坯体在烧结过程中晶粒的长大，使制备得到的铜材料具有良好的力学性能。本专利技术实施例提供的铜材料的制备方法的工艺流程图如图1所示，包括：将铜粉进行高能球磨，得到纳米级高活性铜粉；将所述高活性铜粉进行低温瞬时烧结，得到超细晶强化高性能纯铜。现有技术铜合金生产中，常规的细晶强化是指通过浇注时采用快速凝固措施或采用热处理手段来获得细小晶粒(几微米到几十微米)，也可以通过加入某种微量合金元素来细晶强化，是铜合金主要强化手段之一。但由于铜晶粒仍然很大，所以材料性能的提高幅度有限。而利用超细晶强化来获得具备高强度高导电率的纯铜块材的技术未见报道。本专利技术通过高能球磨技术，制备纳米或超细纯铜粉；利用低温快速烧结技术制备出具有纳米或超细结构的高性能纯铜块材；利用超细晶强化的方法提高材料的性能。本专利技术以纯铜粉为原料，通过制备纳米铜粉和低温瞬时烧结技术，制备得到高性能纯铜块材。本专利技术利用高能球磨技术，制备纳米/超细级纯铜粉。通过低温快速烧结技术，制备具有超细晶结构的纯铜块材。利用超细晶增强原理，提高材料的硬度、强度等力学性能。目前同时具有高强度高电导率的铜合金是研发的热点。但现有技术多采用添加其他金属或氧化物来提高材料的力学性能。伴随而来的是随着第二相添加量的增加而导致的材料电导率的降低。而本专利技术仅是利用超细晶强化作用提高材料强度，材料仍具有较高的电导率。目前市场上的纯铜在退火状态下的抗拉强度只有220MPa，材料强度较低。本专利技术利用超细晶强化作用，成功获得了强度>600MPa的纯铜块材。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的铜材料制备方法的流程图；图2为本专利技术实施例1制备得到的高活性粉体的TEM图；图3为本专利技术实施例1制备得到的铜材料的TEM图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1将10kg纯铜粉(纯度>99.8％)放入球磨罐中，球料比为4：1，添加30mL的丙酮作为防锻剂，采用1470转/分的高能球磨140小时，得到粒度为10nm的高活性粉末；将所述高活性粉末冷压成型，压力为300MPa，保压时间为1min，得到坯体；将所述坯体在氩气条件下烧结，烧结温度为600℃，保温3分钟后，开始加压，加压压力200MPa，时间1分钟，之后取出，自然冷却，将冷却后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜材料的制备方法，包括：将铜粉进行球磨，得到高活性纳米铜粉；将所述高活性纳米铜粉冷压成型，得到坯体；将所述坯体进行烧结，得到铜材料。

【技术特征摘要】
1.一种铜材料的制备方法，包括：将铜粉进行球磨，得到高活性纳米铜粉；将所述高活性纳米铜粉冷压成型，得到坯体；将所述坯体进行烧结，得到铜材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述球磨的转速为1450～1550转/分。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述球磨的时间为80～140小时。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高活性纳米铜粉的粒度为10～50nm。5.根据权利要求1所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建伟，马贤锋，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22