一种高强高导非均匀晶粒结构氧化铝弥散强化铜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强高导非均匀晶粒结构氧化铝弥散强化铜的制备方法，该方法包括：一、电解铜粉与乙醇形变片化处理；二、高温氧化处理；三、低速干磨破碎处理；四、大球料比球磨活化和细化；五、小球料比球磨活化；六、热处理；七、还原处理；八、室温预压破碎排气后进行放电等离子烧结。本发明专利技术通过大球料比球磨活化和细化、小球料比球磨活化的两级球磨混合，构建多尺度分布的粉末，经烧结后形成非均匀晶粒结构氧化铝弥散强化铜，利用铜的纳米晶和超细晶及氧化铝纳米颗粒分布富集区强化材料，利用铜的大晶粒和氧化铝纳米颗粒分布匮乏区降低了电子散射效应，使得氧化铝弥散强化铜具有高强度性能的同时保留了优越的导电性能，且工艺简单，易于控制。易于控制。易于控制。

【技术实现步骤摘要】
一种高强高导非均匀晶粒结构氧化铝弥散强化铜的制备方法


[0001]本专利技术属于粉末冶金
，具体涉及一种高强高导非均匀晶粒结构氧化铝弥散强化铜的制备方法。

技术介绍

[0002]氧化铝弥散强化铜具有优异的导电性、高的强度和优越的耐高温性能，在电子信息技术、新能源汽车、高速轨道交通和航天航空等高新
具有极大的发展潜力和应用前景。
[0003]目前制备氧化铝弥散强化铜最常用的方法是内氧化法，内氧化法最重要的工艺之一是铜铝合金粉末和氧化剂在高温下生成弥散分布的氧化铝粒子，而均匀分布的氧化铝粒子对电子具有非常强的散射效应，导致电导率急剧下滑；同时氧化铝的质量分数取决于铝在铜内部的固溶度，因而难以获得高质量分数的氧化铝粒子。而且内氧化法工艺复杂，每步工艺需要精确控制，生产周期长，产品性能不稳定，导致产品价格昂贵。球磨法能够任意混合不同质量分数和不同颗粒尺寸的粉末，具有很高的灵活性和设计性，能够调控晶粒大小和增强体分布，实现降低电子散射效应的目的，同时可以避开固溶度限制的问题。同时，氧化铝弥散强化铜随着氧化铝含量的增加，会导致复合材料的导电性能急剧下滑，研究者应对的极大挑战是如何让高质量分数氧化铝弥散强化铜拥有高强度的同时尽可能避免导电性能降低。
[0004]因此，本领域技术人员亟需解决的问题在于：提出一种高强高导非均匀晶粒结构氧化铝弥散强化铜的制备方法，用以解决现有技术中高质量分数氧化铝弥散强化铜无法同时获得高强度高导电性的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高强高导非均匀晶粒结构氧化铝弥散强化铜的制备方法。该方法通过大球料比球磨活化和细化、小球料比球磨活化的两级球磨混合，构建多尺度分布的粉末，经烧结后形成非均匀晶粒结构氧化铝弥散强化铜，在强化材料的同时降低了电子散射效应，使得氧化铝弥散强化铜具有高强度性能的同时保留了优越的导电性能，解决现有技术中高质量分数氧化铝弥散强化铜无法同时获得高强度高导电性的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种高强高导非均匀晶粒结构氧化铝弥散强化铜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、对电解铜粉与过程控制剂乙醇进行形变片化处理，然后经真空干燥，得到片状铜粉A；
[0008]步骤二、将步骤一中得到的片状铜粉A在有氧气氛环境下进行高温氧化处理，在片状铜粉A表面生成氧化膜；
[0009]步骤三、将步骤二中经高温氧化后的片状铜粉A进行低速干磨破碎处理，得到粉末
B；所述低速干磨破碎处理的球磨转速为200rpm，球磨时间为30min；
[0010]步骤四、取部分步骤三中得到的粉末B与铝粉、乙醇进行大球料比球磨活化和细化，然后经真空干燥得到混合粉末C；所述大球料比球磨活化和细化的球料比为20:1，球磨转速为500rpm，球磨时间为24h～36h；
[0011]步骤五、将步骤四中得到的混合粉末C与剩余步骤三中得到的粉末B、乙醇进行小球料比球磨活化，然后经真空干燥得到粉末D；所述小球料比球磨活化的球料比为6:1，球磨转速为500rpm，球磨时间为24h～36h；
[0012]步骤六、将步骤五中得到的粉末D进行热处理，得到粉末E；所述热处理的温度为700℃，保温时间为1h；
[0013]步骤七、将步骤六中得到的粉末E在还原气氛中进行还原处理，得到粉末F；所述还原处理的温度为400℃，还原时间为3h；
[0014]步骤八、将步骤七中得到的粉末F先进行室温预压破碎排气，然后进行放电等离子烧结，得到氧化铝弥散强化铜；所述放电等离子烧结的参数为：750℃～950℃，保温时间10min～30min，烧结压力40MPa。
[0015]本专利技术对电解铜粉进行形变片化处理如球磨得到片状铜粉A并进行高温氧化，使其表面生成氧化膜，经低速干磨破碎处理进一步粉碎细化得到粉末B，然后进行两级球磨混合，即先将部分粉末B与铝粉、乙醇进行第一级的大球料比球磨活化和细化，通过外加法引入高质量分数铝粉，并且各粉末尺寸均得到大幅度细化，获得含有高质量分数纳米尺度铝粉的混合粉末C，再将剩余粉末B与混合粉末C、乙醇进行第二级的小球料比球磨活化，由于混合粉末C经大球料比球磨活化和细化制得，其含有的第一级球磨粉末B的尺度与第二级球磨剩余粉末B的尺度不同，同时纳米铝粉分布不均匀，纳米铝粉主要集中在第一级球磨粉末B处，由于铜粉并未完全氧化，剩余的铜粉具备一定的塑性，第二级球磨没有使其细化均匀，从而获得具有多尺度分布的粉末D，经热处理使得氧化膜中的氧化铜与纳米铝粉反应形成纳米氧化铝，得到含有纳米氧化铝的粉末E，经还原处理进一步还原氧化铜，得到成分为铜和纳米氧化铝的粉末F，将粉末F经室温预压破碎排气后进行烧结，由于纳米氧化铝纳米颗粒分布的不均匀性，阻碍了铜基体晶粒长大，保留了铜颗粒的多尺度分布，形成非均匀晶粒结构氧化铝弥散强化铜，即在铜基体中形成氧化铝纳米颗粒分布富集区和匮乏区，导致铜基体的晶粒尺寸呈现多尺度分布，利用氧化铝纳米颗粒分布富集区和铜的纳米晶及超细晶发挥强化作用，提高了氧化铝弥散强化铜的强度，同时，利用铜的大晶粒和氧化铝纳米颗粒分布匮乏区增加了电子传输通道，降低了电子散射效应，避免了电导率的急剧下滑，使得氧化铝弥散强化铜具有高强度性能的同时保留了优越的导电性能。
[0016]上述的一种高强高导非均匀晶粒结构氧化铝弥散强化铜的制备方法，其特征在于，步骤二中所述有氧气氛环境为空气、氧气或者氧气与惰性气体的混合气。
[0017]上述的一种高强高导非均匀晶粒结构氧化铝弥散强化铜的制备方法，其特征在于，步骤六中所述热处理采用的气氛条件为真空或惰性气体。
[0018]上述的一种高强高导非均匀晶粒结构氧化铝弥散强化铜的制备方法，其特征在于，步骤七中所述还原气氛为氢气或者氢气与惰性气体的混合气。
[0019]上述的一种高强高导非均匀晶粒结构氧化铝弥散强化铜的制备方法，其特征在于，步骤八中所述粉末F中铝的质量含量为0.18％～0.6％。
[0020]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0021]1、本专利技术通过大球料比球磨活化和细化、小球料比球磨活化的两级球磨混合，构建多尺度分布的粉末，经烧结后形成非均匀晶粒结构氧化铝弥散强化铜，利用铜的纳米晶和超细晶及氧化铝纳米颗粒分布富集区强化材料的同时，利用铜的大晶粒和氧化铝纳米颗粒分布匮乏区降低了电子散射效应，使得氧化铝弥散强化铜具有高强度性能的同时保留了优越的导电性能。
[0022]2、本专利技术通过外加法引入铝粉并经热处理生成氧化铝纳米颗粒，无需考虑铝在铜内部的固溶度，大大提高了铝粉的加入量，进一步增强了氧化铝纳米颗粒的弥散强化作用，从而提高了氧化铝弥散强化铜的强度。
[0023]3、本专利技术预先对电解铜粉进行形变片化处理得到片状铜粉A，增加了铜粉的宽度和长度，扩大了粉末间的空隙，保证了高温氧化过程中有氧气氛在粉末间顺利流通，提高了粉末氧化的均匀程度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强高导非均匀晶粒结构氧化铝弥散强化铜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、对电解铜粉与过程控制剂乙醇进行形变片化处理，然后经真空干燥，得到片状铜粉A；步骤二、将步骤一中得到的片状铜粉A在有氧气氛环境下进行高温氧化处理，在片状铜粉A表面生成氧化膜；步骤三、将步骤二中经高温氧化后的片状铜粉A进行低速干磨破碎处理，得到粉末B；所述低速干磨破碎处理的球磨转速为200rpm，球磨时间为30min；步骤四、取部分步骤三中得到的粉末B与铝粉、乙醇进行大球料比球磨活化和细化，然后经真空干燥得到混合粉末C；所述大球料比球磨活化和细化的球料比为20:1，球磨转速为500rpm，球磨时间为24h～36h；步骤五、将步骤四中得到的混合粉末C与剩余步骤三中得到的粉末B、乙醇进行小球料比球磨活化，然后经真空干燥得到粉末D；所述小球料比球磨活化的球料比为6:1，球磨转速为500rpm，球磨时间为24h～36h；步骤六、将步骤五中得到的粉末D进行热处理，得到粉末E；所述热处理的温度为700℃，保温时间为1h...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亮，常国，李响，张伟，董龙龙，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：