一种铜基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铜基复合材料及其制备方法，属于铜基材料技术领域。本发明专利技术的铜基复合材料包括铜基体和分散在铜基体中的第一陶瓷颗粒、第二陶瓷颗粒和陶瓷晶须；第一陶瓷颗粒为平均粒径＜100nm的氧化铝颗粒，占铜基复合材料的质量百分比为0.1～0.5％；第二陶瓷颗粒和陶瓷晶须占铜基复合材料总的质量百分比不超过10％；第二陶瓷颗粒的平均粒径为1μm～50μm。本发明专利技术铜基复合材料的铜基体中，平均粒径＜1μm的第一陶瓷颗粒、微米级的第二陶瓷颗粒和陶瓷晶须三种增强相相互耦合，利用第一陶瓷颗粒增强基体强度和硬度进而增强铜基体对第二陶瓷颗粒和陶瓷晶须的把持力，最终在保证材料导电率的同时增强铜基复合材料的强度和耐磨性。磨性。磨性。

【技术实现步骤摘要】
一种铜基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种铜基复合材料及其制备方法，属于铜基材料


技术介绍

[0002]纯铜的导电性能、导热性能和机械性能良好，但强度低，使其应用受到限制，现有技术通过在纯铜中加入或通过一定的方法原位生成弥散分布第二相颗粒能够显著增强纯铜的强度。第二相颗粒通常为陶瓷颗粒，陶瓷颗粒增强铜合金不会出现在高温下增强相固溶或团聚增大的现象，因而在高温下也表现出良好的强度和电导率。然而，单一陶瓷颗粒增强相由于材料本身的限制，只能依靠提高增强相的含量来提高力学性能，但该方式会牺牲导电性能，往往难以兼顾强度、耐磨性和导电性等性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种同时具有较高抗拉强度、耐磨性和导电性的铜基复合材料。
[0004]本专利技术的目的还在于提供一种上述铜基复合材料的制备方法。
[0005]为了实现以上目的，本专利技术的铜基复合材料所采用的技术方案是：
[0006]一种铜基复合材料，包括铜基体和分散在铜基体中的第一陶瓷颗粒、第二陶瓷颗粒和陶瓷晶须；所述第一陶瓷颗粒为平均粒径＜100nm的氧化铝颗粒，占铜基复合材料的质量百分比为0.1～0.5％；所述第二陶瓷颗粒和陶瓷晶须占铜基复合材料总的质量百分比不超过10％；所述第二陶瓷颗粒的平均粒径为1μm～50μm。
[0007]本专利技术的铜基复合材料，铜基体中分散有纳米级或更小的第一陶瓷颗粒、微米级的第二陶瓷颗粒和陶瓷晶须，三者对铜基体进行混杂增强，可以很好地提高铜基复合材料的强韧性和导电性。其中，第一陶瓷颗粒平均粒径较小可弥散分布于基体内部增强铜基体的强度和硬度；第二陶瓷颗粒平均粒径较大，在摩擦磨损过程中起到耐磨相和支撑相的作用，并且对导电性的影响较小，因而可以在尽量保持不降低导电率的情况下，提高复合材料的强度和耐磨性，进而保证铜基复合材料在高温工况下仍然保持高导高强高耐磨的性能；陶瓷晶须在铜基中具有增韧的作用，可以提高铜基复合材料的塑性；三种增强相相互耦合，利用第一陶瓷颗粒增强基体强度和硬度进而增强铜基体对第二陶瓷颗粒和陶瓷晶须的把持力，第一陶瓷颗粒对第二陶瓷颗粒和晶须的空间分布起到很好的调节作用，使得陶瓷颗粒与晶须之间有更好的空间配置，最终协同增强铜基复合材料的综合性能。
[0008]本专利技术的铜基复合材料的铜基体的材质为铜。当然根据铜基复合材料制备方法的不同，铜材质的基体会不可避免地引入一些的杂质。
[0009]优选的，所述第一陶瓷颗粒占铜基复合材料的质量百分比为0.3～0.5％。所述第二陶瓷颗粒占的铜基复合材料的质量百分比为0.8～2.4％。
[0010]优选的，所述述陶瓷晶须的长度为5～15μm，如5～10μm。优选的，所述陶瓷晶须的长径比优选为10～50:1。晶须长径比在一定范围内时，随着晶须长径比增加，晶须可承受的
从基体传递的更大应力。晶须长度过短时对拉伸过程中裂纹扩展的阻碍作用不大，晶须长度过长或直径较小则制备过程中不易分散，不利于提高材料强度。
[0011]优选的，所述第二陶瓷颗粒和陶瓷晶须的质量比为不超过3:1。进一步优选的，所述第二陶瓷颗粒和陶瓷晶须的质量比为0.5～2:1。
[0012]优选的，所述第二陶瓷颗粒为碳化物陶瓷颗粒、氧化物陶瓷颗粒、硼化物陶瓷颗粒、复合陶瓷颗粒中的一种或任意组合；所述复合陶瓷颗粒由碳化物、氧化物、硼化物中任意两种及以上组成。进一步优选的，所述第二陶瓷颗粒为WC颗粒。
[0013]优选的，所述陶瓷晶须为碳化物陶瓷晶须、氧化物陶瓷晶须、硼化物陶瓷晶须、复合陶瓷晶须中的一种或任意组合；所述复合陶瓷晶须由碳化物、氧化物、硼化物中任意两种及以上组成。进一步优选的，所述陶瓷晶须为TiB晶须、SiC晶须中的一种或两种。
[0014]优选的，所述第一陶瓷颗粒的平均粒径为3～8nm。
[0015]本专利技术的铜基复合材料的制备方法所采用的技术方案为：
[0016]一种上述的铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将由铜铝合金粉、Cu2O粉、第二陶瓷颗粒和陶瓷晶须组成混合粉体压坯、烧结，然后采用还原气体进行还原，再进行压力加工。
[0017]本专利技术的铜基复合材料的制备方法，以铜铝合金粉中铝作为铝源，氧化铝颗粒通过内氧化工艺生成，进而使生成的纳米级的氧化铝颗粒能够更加均匀的分散在铜基体中，增强铜基体的强度和硬度，使得铜基体对第二相陶瓷颗粒和陶瓷晶须有更强的把持力，在基本保持铜基复合材料的导电性的同时，进一步提高材料的耐磨性和韧性。
[0018]优选的，所述混合粉体是将铜铝合金粉、Cu2O粉、第二陶瓷颗粒和陶瓷晶须球磨混匀得到。所述球磨的料球比为4～6:1。球磨的时间为12～24h。球磨的转速为30～50r/min，如30～40r/min。
[0019]优选的，所述铜铝合金粉的平均粒径为10μm～100μm，例如可以为40μm。优选的，所述铜铝合金粉为Cu-(0.05-0.6wt.％)Al合金粉，例如Cu-0.2wt.％Al合金粉。所述Cu2O粉的平均粒径为500nm～50μm，例如可以为1μm。进一步优选的，铜铝合金粉的平均粒径＞Cu2O粉的平均粒径。
[0020]烧结等高温过程中Cu2O通过内氧化与铜铝合金粉中Al发生反应生成纳米级的Al2O3颗粒增强相，均匀分散在铜基体中。为了使铜铝合金粉中的Al完全被氧化为Al2O3，优选的，Cu2O提供氧为Al氧化需氧量理论值的1.1～1.2倍。
[0021]优选的，所述压坯采用的是冷等静压，冷等静压的压力为150～300MPa。其他常规的压坯方法也可以用于本专利技术。此外，压坯、烧结也可以为热压烧结。
[0022]优选的，所述烧结的温度为900～1000℃。进一步优选的，所述烧结的时间为1～3h。为了避免烧结过程中Cu被氧化，烧结过程在无氧条件下进行，如可以在惰性气体保护下进行。
[0023]还原处理可以将制备过程中未完全反应的Cu2O和/或被氧化的Cu还原为Cu，提高铜基金属材料的性能。优选的，所述还原气体为氢气；所述还原的温度为800～900℃。进一步优选的，所述还原的时间为1～3h。
[0024]常用的压力加工如热挤压、轧制或锻造等均可以采用，通过压力加工可以提高铜基复合材料的致密度。优选的，所述压力加工为热挤压。所述热挤压的挤压比≥5:1，例如为
10:1。经过压力加工，若材料的温度高于室温，也可将其冷却至室温。冷却可以为空冷。
附图说明
[0025]图1为实施例1的铜基复合材料在作用力下开裂产生的裂纹扩展面的示意图，其中1-Al2O3颗粒，2-WC颗粒，3-SiC晶须；
[0026]图2为实施例1的铜基复合材料的纵截面扫描(SEM)图；
[0027]图3为实施例2中铜基复合材料的横截面透射(TEM)图，其中4-Al2O3颗粒；
[0028]图4为实施例2的铜基复合材料的纵截面扫描(SEM)图，其中5-WC颗粒，6-SiC晶须；
[0029]图5为实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜基复合材料，其特征在于：包括铜基体和分散在铜基体中的第一陶瓷颗粒、第二陶瓷颗粒和陶瓷晶须；所述第一陶瓷颗粒为平均粒径＜100nm的氧化铝颗粒，占铜基复合材料的质量百分比为0.1～0.5％；所述第二陶瓷颗粒和陶瓷晶须占铜基复合材料总的质量百分比不超过10％；所述第二陶瓷颗粒的平均粒径为1μm～50μm。2.根据权利要求1所述的铜基复合材料，其特征在于：所述陶瓷晶须的长度为5～15μm，长径比为10～50:1。3.根据权利要求1所述的铜基复合材料，其特征在于：所述第二陶瓷颗粒和陶瓷晶须的质量比为不超过3:1。4.根据权利要求1～3中任意一项所述的铜基复合材料，其特征在于：所述第二陶瓷颗粒为碳化物陶瓷颗粒、氧化物陶瓷颗粒、硼化物陶瓷颗粒、复合陶瓷颗粒中的一种或任意组合；所述复合陶瓷颗粒由碳化物、氧化物、硼化物中任意两种及以上组成。5.根据权利要求4所述的铜基复合材料，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：国秀花，宋克兴，林焕然，杨豫博，周延军，李韶林，王旭，冯江，张祥峰，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：