一种具有优异性能的Cu-Y2O3-CNTs-TiO2复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及铜基复合材料技术领域，公开了一种具有优异性能的Cu

【技术实现步骤摘要】
一种具有优异性能的Cu
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Y2O3‑
CNTs
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TiO2复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及铜基复合材料
，尤其涉及一种具有优异性能的Cu
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Y2O3‑
CNTs
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TiO2复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着科技的迅速发展，现代电子设备对导电的需求越来越高，与电阻相关的功率损耗引起了人们的极大兴趣。纯铜具有良好的导电性与高的热导率、良好的加工性能，广泛的应用在电子封装、电力输送等领域。但铜的力学性能过低，限制了其应用，因此在保持其导电性的前提下，提高铜合金的强度成为了开发高导铜合金的重要工作。
[0003]通过向铜基体中引入均匀细小的弥散颗粒，开发出的弥散强化铜合金。弥散颗粒可以有效阻碍位错的运动，从而大大提高铜合金的强度，与沉淀强化铜合金相比，导电性能也不会降低太多。通过粉末冶金技术开发出的Cu
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Y2O3合金，强度可以提高到300MPa，同时导电率也可以达到90％IACS。碳纳米管(CNTs)是一种径向为纳米量级，轴向尺寸为微米量级的具有特殊结构的一维量子材料，由于其优秀的力学性能与电学性能，引起了人们的广泛关注，被认为是制备复合材料的理想纤维增强相。研究表明，向铜基材料中加入少量的碳纳米管，可使材料的强度以及导电性能大幅提高。然而CNTs的表面活性低，润湿性差，导致其与大多数金属基体界面结合强度不高，同时由于表面能过高，在铜基体中容易趋向于团聚，以上缺点使得碳纳米管增强铜基材料的性能很难达到理论性能。
[0004]为了解决碳纳米管在铜基体中的分散问题，开发出来了很多新技术。静电吸附技术是一种可以不引入其他杂质的一步式吸附方法，这种新颖的方法建立在铜和碳纳米管之间的电位差上。羧基化后的碳纳米管具有亲水性，在盐酸溶液中具有负电势。但在相同条件下，铜粉末的电负性弱于氯原子，因此具有正电势。因此，通过调整和控制两种粉末浸泡后的溶液的pH值，可以将铜粉与碳纳米管吸引在一起。
[0005]本专利技术结合静电吸附以及机械合金化技术，通过静电吸附技术使碳纳米管在铜基体中分布均匀，同在机械合金化的过程中加入Ti，Ti可与碳纳米管反应生成TiC，提高碳纳米管与铜的结合强度，最终得到性能优异的Cu
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Y2O3‑
CNTs
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TiO2复合材料。

技术实现思路

[0006]为解决
技术介绍
中所提出的技术问题，本专利技术提供一种具有优异性能的Cu
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Y2O3‑
CNTs
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TiO2复合材料的制备方法。
[0007]本专利技术采用以下技术方案实现：一种具有优异性能的Cu
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Y2O3‑
CNTs
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TiO2复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一、通过气雾化技术制备Cu
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Y合金粉末，将Cu
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Y合金粉末铸锭置于真空熔炼炉中，在真空条件下恒温1400℃将熔炼金属液从熔炼炉中浇注到1300℃的中间包坩埚内，经过保温7
‑
9min后导入到高压气体雾化器中，最终由旋风分离器收集，筛选出平均粒径15
‑
50um的Cu
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Y合金粉末；
[0009]步骤二、将碳纳米管在去离子水中超声分散15
‑
20min，同时，将粒径1
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3um的电解铜粉球磨成片状并混合在去离子水中，然后将两种溶液混合置于磁力搅拌器中，加入盐酸溶液调节Cu粉末悬液的pH值至4.0，搅拌至溶液完全蒸发，并将烧杯放置于烘干箱120～140℃烘干12h，最终得到碳纳米管/Cu2O复合粉末；
[0010]步骤三、将气雾化制备的Cu
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Y合金粉末与静电吸附得到的碳纳米管/Cu2O复合粉末与Ti粉置于球磨罐中，在手套箱中的氩气气氛下进行装配，球粉比为8：5，随后在行星球磨机上进行球磨,球磨的转速为300
‑
500rpm，时间为12
‑
64h；
[0011]步骤四、将球磨后的粉末在研钵中充分研磨后，放在陶瓷烧舟中，置于管式炉高温炉中在氢气气氛下600℃保温2h，还原得到Cu
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Y2O3‑
CNTs
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TiO2合金粉末；
[0012]步骤五、称取12
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13g步骤四得到的复合粉末研磨后装入石墨模具，在3MPa的压力下进行预压，模具放入烧结炉腔后，将炉腔内的压力抽真空到
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10MPa，并维持真空状态，设置烧结程序，使样品在电流和压力下烧制成形。
[0013]作为上述方案的进一步改进，在所述步骤一中，雾化压力为5MPa，为控制粒径设置导流管直径为3mm。
[0014]作为上述方案的进一步改进，在所述步骤二中，磁力搅拌器的温度为120
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130℃，搅拌速度为160rpm。
[0015]作为上述方案的进一步改进，在所述步骤三中，Ti粉的粒径为3
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5um，手套箱型号为ZKX。
[0016]作为上述方案的进一步改进，在所述步骤四中，管式炉的型号为GSL
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1700X。
[0017]作为上述方案的进一步改进，在所述步骤5中，烧结程序设置为：调整初始压力为10MPa，从初始温度以100℃/min的速度升温到900℃，在这个阶段，压力从10MPa均匀升到50MPa，保温5min后快速冷却。
[0018]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0019]本专利技术首先通过静电吸附技术将碳纳米管吸附在铜基体上，可以保证烧结后的材料中碳纳米管的均匀分布；引入金属粉末Ti，在球磨过程中Ti可以与碳纳米管反应生成TiC，增加了碳纳米管与铜基体的界面结合强度；通过引入均匀分散的Y2O3与CNTs，协同增强了铜合金的强度与导电性能。
附图说明
[0020]图1为本专利技术所用碳纳米管的SEM形貌图。
[0021]图2为专利技术中Cu
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Y2O3‑
CNTs
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TiO2材料拉伸断口形貌图。。
[0022]图3为分专利技术Cu
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Y2O3‑
CNTs
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TiO2材料的制备流程图。
具体实施方式
[0023]下面，结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
[0024]本专利技术具体实施例探究了球磨时间对制备材料性能的影响，在具体实施例1
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3中的球磨时间分别为12h、32h、64h。
[0025]实施例1：
[0026]步骤一：通过气雾化技术制备Cu
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Y合金粉末，将Cu
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有优异性能的Cu
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Y2O3‑
CNTs
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TiO2复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、通过气雾化技术制备Cu
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Y合金粉末，将Cu
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Y合金粉末铸锭置于真空熔炼炉中，在真空条件下恒温1400℃将熔炼金属液从熔炼炉中浇注到1300℃的中间包坩埚内，经过保温7
‑
9min后导入到高压气体雾化器中，最终由旋风分离器收集，筛选出平均粒径15
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50um的Cu
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Y合金粉末；步骤二、将碳纳米管在去离子水中超声分散15
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20min，同时，将粒径1
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3um的电解铜粉球磨成片状并混合在去离子水中，然后将两种溶液混合置于磁力搅拌器中，加入盐酸溶液调节Cu粉末悬液的pH值至4.0，搅拌至溶液完全蒸发，并将烧杯放置于烘干箱120～140℃烘干12h，最终得到碳纳米管/Cu2O复合粉末；步骤三、将气雾化制备的Cu
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Y合金粉末与静电吸附得到的碳纳米管
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Cu2O复合粉末与Ti粉置于球磨罐中，在手套箱中的氩气气氛下进行装配，球粉比为8：5，随后在行星球磨机上进行球磨，球磨的转速为300
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500rpm，时间为12
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64h；步骤四、将球磨后的粉末在研钵中充分研磨后，放在陶瓷烧舟中，置于管式炉高温炉中在氢气气氛下600℃保温2h，还原得到Cu
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Y2O3‑
CNTs
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TiO2合金粉末；步骤五、称取12
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13g步骤四得到的复合粉末研磨后...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗来马，孙箫远，吴玉程，马冰，昝祥，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：