一种无氧铜基高强度复合材料的制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种无氧铜基高强度复合材料的制备工艺，按配方量的铬粉、纳米碳化钛和石墨烯/铜复合粉体，混合均匀，得混合物，将混合物置于模具中，在保护气体下进行放电等离子烧结，烧结温度为850

【技术实现步骤摘要】
一种无氧铜基高强度复合材料的制备工艺


[0001]本专利技术涉及无氧铜基材料
，具体涉及一种无氧铜基高强度复合材料的制备工艺。

技术介绍

[0002]随着信息技术的不断发展，微电子工业对导电金属材料的要求越来越高，这种要求的趋势是希望导电金属材料既具有高导电性，又具有高强度和耐高温性能，长期以来，铜及铜合金是工业上常用的导电金属材料，75％以上的铜及铜合金均用于电器、电子工业。而纯铜虽然具有优良的导电性与导热性，但其明显的缺点是其硬度、抗拉伸强度和抗蠕变强度偏低，如其强度仅为230MPa～290MPa，经冷变形后强度虽可达400MPa，但延伸率仅为2％，且在回火过程中很快丧失。
[0003]通过引入适当增强相(一种或多种)的复合强化方式既能同时发挥基体及强化材料的协同作用，又具有很大的设计自由度，但是直接添加增强料的话，由于增强料和铜基原料之间的相容性较差，仍然不能兼顾到复合材料的强度和导电性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种无氧铜基高强度复合材料的制备工艺，按配方量的铬粉、纳米碳化钛和石墨烯/铜复合粉体，混合均匀，得混合物；将所得混合物置于模具中，在保护气体下进行放电等离子烧结，烧结温度为850
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1000℃，施加压力为20
‑
50MPa，烧结保温时间为5
‑
7min，自然冷却后，脱模得无氧铜基高强度复合材料，基于石墨烯拥有极高的比表面积，从而增加了石墨烯与基体之间的联系，产生更多的界面，石墨烯能够有效地阻碍机体材料颗粒之间的接触，使铜颗粒表面附着的一层薄膜状的石墨烯，使铜颗粒在烧结过程中不能长大，铜颗粒保持细小的尺寸，这些细小的晶粒会产生细晶强化作用，有利于增强无氧铜基高强度复合材料的力学性能。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种无氧铜基高强度复合材料的制备工艺，包括以下步骤:
[0007]步骤一：按配方量的铬粉、纳米碳化钛和石墨烯/铜复合粉体，混合均匀，得混合物；
[0008]步骤二：将步骤一所得混合物置于模具中，在保护气体下进行放电等离子烧结，烧结温度为850
‑
1000℃，施加压力为20
‑
50MPa，烧结保温时间为5
‑
7min，自然冷却后，脱模得无氧铜基高强度复合材料。
[0009]作为本专利技术进一步的方案：步骤一中石墨烯/铜复合粉体的制备包括以下步骤：
[0010]步骤一：将醋酸铜加入到氨水中，混合均匀，得到铜氨溶液；
[0011]步骤二：向步骤一得到的铜氨溶液中加入氧化石墨溶胶，超声处理35
‑
45分钟，得到混合溶液A；
[0012]步骤三：通过磁力搅拌器对混合溶液A以200r/min的搅拌30分钟，并加热混合溶液
A至100℃，蒸干得到混合粉体；
[0013]步骤四：将混合粉体持续加热直至烘干水分，得到干燥粉体，并对干燥粉体进行还原处理，得到该石墨烯/铜复合粉体。
[0014]作为本专利技术进一步的方案：所述醋酸铜、氨水与氧化石墨溶胶的质量比为1:2:1。
[0015]作为本专利技术进一步的方案：所述氧化石墨溶胶的制备是将氧化石墨烯粉体分散在水中，并通过超声处理，得到氧化石墨溶胶。
[0016]作为本专利技术进一步的方案：步骤四中混合粉体的加热温度为240℃，且持续加热时间为6
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8小时。
[0017]作为本专利技术进一步的方案：步骤四中通过氢气对干燥粉体进行还原处理，氢气的通入速率为10mL/min。
[0018]作为本专利技术进一步的方案：铬粉、纳米碳化钛与石墨烯/铜复合粉体的重量份比为10
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30：1
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5：70
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90。
[0019]作为本专利技术进一步的方案：所述铬粉是由粒径范围为50
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200μm、中位粒度为100μm的原料铬粉经球磨制得的；
[0020]所述纳米碳化钛是由粒径范围为100
‑
300μm、中位粒度为120μm的原料纳米碳化钛经球磨制得的。
[0021]作为本专利技术进一步的方案：步骤二中所述保护气体为氩气。
[0022]作为本专利技术进一步的方案：步骤二中所述放电等离子烧结的升温过程为：将烧结炉腔抽真空到5Pa时开始加热，以100℃/s的速度到650℃，保温5
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7min后，再以100℃/s的速度升温至烧结温度850
‑
1000℃。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024](1)本专利技术采用石墨烯/铜复合粉体，基于石墨烯拥有极高的比表面积，从而增加了石墨烯与基体之间的联系，产生更多的界面，同时，石墨烯能够有效地阻碍机体材料颗粒之间的接触，使铜颗粒表面附着的一层薄膜状的石墨烯，使铜颗粒在烧结过程中不能长大，铜颗粒保持细小的尺寸，这些细小的晶粒会产生细晶强化作用，有利于增强无氧铜基高强度复合材料的力学性能。
[0025](2)本专利技术采用的纳米碳化钛具有硬度高、强度大、化学稳定性高、不水解和高温抗氧化性好的特点，弥补传统铜材料强度低硬度低的缺点，在保证原有耐腐蚀性能和可切削性能的同时提高其强度和硬度，进一步延长其使用寿命。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]实施例1
[0028]一种无氧铜基高强度复合材料的制备工艺，包括以下步骤:
[0029]步骤一：按配方量的铬粉、纳米碳化钛和石墨烯/铜复合粉体，混合均匀，得混合物；
[0030]其中，混合物中包括以下重量份原料：铬粉10份、纳米碳化钛1份和石墨烯/铜复合粉体70份；
[0031]石墨烯/铜复合粉体包括醋酸铜、氨水和氧化石墨溶胶，其中，醋酸铜、氨水和氧化石墨溶胶的质量比为1:2:1；
[0032]且铬粉是由粒径范围为50
‑
200μm、中位粒度为100μm的原料铬粉经球磨制得的；纳米碳化钛是由粒径范围为100
‑
300μm、中位粒度为120μm的原料纳米碳化钛经球磨制得的；
[0033]步骤二：将步骤一所得混合物置于模具中，在氩气环境下进行放电等离子烧结，烧结温度为850℃，施加压力为20MPa，烧结保温时间为5min，自然冷却后，脱模得无氧铜基高强度复合材料。
[0034]放电等离子烧结的升温过程为：将烧结炉腔抽真空到5Pa时开始加热，以100℃/s的速度到650℃，保温5min后，再以100℃/s的速度升温至烧结温度850℃。
[0035]其中，步骤一中石墨烯/铜复合粉体的制备包括以下步骤：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无氧铜基高强度复合材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤:步骤一：按配方量的铬粉、纳米碳化钛和石墨烯/铜复合粉体，混合均匀，得混合物；步骤二：将步骤一所得混合物置于模具中，在保护气体下进行放电等离子烧结，烧结温度为850
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1000℃，施加压力为20
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50MPa，烧结保温时间为5
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7min，自然冷却后，脱模得无氧铜基高强度复合材料。2.根据权利要求1所述的一种无氧铜基高强度复合材料的制备工艺,其特征在于，步骤一中石墨烯/铜复合粉体的制备包括以下步骤：S1：将醋酸铜加入到氨水中，混合均匀，得到铜氨溶液；S2：向S2得到的铜氨溶液中加入氧化石墨溶胶，超声处理35
‑
45分钟，得到混合溶液A；S3：通过磁力搅拌器对混合溶液A以200r/min的搅拌30分钟，并加热混合溶液A至100℃，蒸干得到混合粉体；S4：将混合粉体加热直至烘干水分，得到干燥粉体，并对干燥粉体进行还原处理，得到该石墨烯/铜复合粉体。3.根据权利要求2所述的一种无氧铜基高强度复合材料的制备工艺,其特征在于，所述醋酸铜、氨水与氧化石墨溶胶的质量比为1:2:1。4.根据权利要求2所述的一种无氧铜基高强度复合材料的制备工艺,其特征在于，所述氧化石墨溶胶的制备是将氧化石墨烯粉体分散在水中，并通过超声处理，得到氧化石墨溶胶。5.根据权利要求2所述的一种无氧铜基高强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋英，范建武，
申请(专利权)人：深圳市明鑫工业材料有限公司，
类型：发明
国别省市：