一种利用金属钇盐制备Y2O3颗粒弥散强化铜基复合材料的方法技术

一种利用金属钇盐制备Y2O3颗粒弥散强化铜基复合材料的方法，涉及高强高导铜基复合材料的制备技术领域。直接将Y盐和Cu粉进行机械合金化制得Cu

【技术实现步骤摘要】
一种利用金属钇盐制备Y2O3颗粒弥散强化铜基复合材料的方法


[0001]本专利技术涉及高强高导铜基复合材料的制备
，具体是涉及一种利用金属钇盐制备Y2O3颗粒弥散强化铜基复合材料的方法。

技术介绍

[0002]氧化物弥散强化铜基复合材料是利用少量纳米氧化物颗粒弥散在铜基体中阻碍晶界内位错的移动，获得力学性能和导电导热性能优异的复合材料。在制备氧化物弥散强化铜基复合材料中，机械合金化工艺的优势较为明显，因为这种方法可以将传统熔炼方法无法制备的材料结合起来，使用合适的粉末处理条件，可以在基体中获得分散良好的第二相。同时机械合金化可使粉末具有较大的表面活性，促进元素扩散，因此可使用Y粉和CuO或Cu2O作为原料和氧化剂，在机械合金化过程中促进氧元素的非平衡扩散，原位形成弥散的强化相Y2O3颗粒。但此种方法在球磨过程中容易掺杂进杂质，影响材料的性能，且Y源粉粒径较大，均在微米级别，在不加过程控制剂的情况下，球磨后的颗粒粒径较大，为毫米级别，不利于烧结的致密化。
[0003]另外，有文献报道使用Y盐作为原料，通过固液掺杂的方式来获取相对纯净的Cu
‑
Y2O3复合粉末。由于Y盐溶于去离子水后处于分子水平，故干燥后得到的复合粉末颗粒细小，制得的复合材料平均晶粒尺寸在微米级别。但当铜基体中的弥散相Y2O3的含量达到一定程度时，其会发生团聚现象，且铜基体的表面会出现许多微小的絮状颗粒，这说明Y2O3和铜基体之间的结合并不牢固。
[0004]针对上述现象，本专利技术采用Y盐作为Y源，利用机械合金化工艺制备高强高导的铜基复合材料。由于Y盐不与Cu粉发生反应，在球磨过程中无杂质生成，且Y盐为结晶态，脆性大硬度低，在球磨过程中容易破碎从而起到均匀分散的效果，在不添加过程控制剂时，球磨颗粒仍保持微米级别，使得弥散相颗粒更小，分布更加均匀，最终得到纯净的Y2O3颗粒弥散强化铜基复合材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出了一种利用金属钇盐制备Y2O3颗粒弥散强化铜基复合材料的方法，主要解决的是机械合金化过程中弥散相的团聚从而导致铜基复合材料的性能降低的技术缺陷，利用Y盐作为氧化物的来源，利用原位反应以及机械合金化工艺来防止弥散相在铜基体中的团聚，使弥散相分布均匀，提高铜基材料的导电导热性能和力学性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]一种利用金属钇盐制备Y2O3颗粒弥散强化铜基复合材料的方法，直接将Y盐和Cu粉进行机械合金化制得Cu
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Y盐前驱体粉末，然后通过还原气氛中煅烧还原制备得到Y2O3颗粒弥散强化铜基复合粉末，最后通过放电等离子烧结制备得到Y2O3颗粒弥散强化铜基复合材料。
[0008]进一步完善的是，该制备方法具体包括如下步骤：
[0009](一)机械合金化
[0010]以Y(NO3)3·
6H2O或Y2(CO3)3作为Y盐，将Y盐粉末、Cu粉按照重量比为2.36～8：92～97.64置于球磨罐中，在氩气气氛下完成球磨罐的装配，放入行星式球磨机中球磨，结束后取出研磨，得到前驱体粉末Cu
‑
Y(NO3)3或Cu
‑
Y2(CO3)3；
[0011](二)煅烧还原
[0012]将上述前驱体粉末置于管式炉中，通入H2含量为10％的Ar
‑
H2混合气，通气30min，排出管内空气，随后以10℃/min升温速率提高温度至600℃，保温2h后随炉冷却，得到Y2O3颗粒弥散强化铜基复合粉末；
[0013](三)放电等离子烧结
[0014](1)装粉：将步骤(二)中所得的复合粉末用碳纸包裹装入石墨模具中，进行预压后将模具放入放电等离子烧炉，在室温下将炉腔抽至真空；
[0015](2)排气：设置预压压强为10MPa，将其升温至600℃保温5min，排出粉体材料中的气体；
[0016](3)烧结成型：继续将温度提高至900℃保温5min，在提高温度的过程中均匀加压至最终压强50Mpa，在保温结束后随炉冷却降至室温，得到Y2O3颗粒弥散强化铜基复合材料，其中Y2O3所占质量比分数为1.5～2.5％。
[0017]作为本专利技术的优选技术方案，制备方法中，所述步骤(一)中球料比为7：3～4：1，球磨转速为550～650rpm，球磨时间为32～48h。所述步骤(三)中升温速率为100℃/min。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果主要表现在：
[0019]第一，由于Y盐不与Cu粉发生反应，因此在球磨过程中无杂质生成。在煅烧还原时高温下能放出C、N等氧化物气体，最终得到纯净的Y2O3颗粒弥散强化铜基复合材料。且在球磨过程中，Y盐可作为过程控制剂抑制铜晶粒的长大，球磨后颗粒保持微米级别，使得弥散相颗粒更小，分布更加均匀，烧结致密化程度变易，由此来提高铜基体的导电导热性能和力学性能。
[0020]第二，与使用Y粉或Y2O3粉制备Cu
‑
Y2O3复合粉末的方法相比，由于Y盐为结晶态，其脆性大硬度低，与Cu粉进行球磨时分散性更好，并且Y盐较Y粉或Y2O3粒径更小，球磨后得到的弥散相颗粒更加细小且分散更加均匀，导致最终制备出的Cu
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Y2O3复合材料具有更好的力学性能和导电性能。
[0021]第三，与使用Y盐作为原料通过固液掺杂的方式获取的Cu
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Y2O3复合材料的方法相比，因其铜基体与Y2O3之间的结合较弱，且会发生团聚现象并且在铜晶粒边界形成类似于网状的第二相，这会破坏铜基体的连续性，不利于样品的塑性和导电性。本专利技术所采用的机械合金化能够进行长时间球磨从而减弱这一现象，使得两者之间紧密结合，强化相细小均匀的分散在铜基体中，提高铜复合材料的机械性能，并且对电导率的影响降至最低。
附图说明
[0022]图1是实施例1所制得的复合材料Cu
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Y2O3的XRD图谱。
[0023]图2是实施例1所制得的复合材料Cu
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Y2O3球磨后的粉体图。
[0024]图3是对比例1所制得的复合材料Cu
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Y2O3球磨后的粉体图。
[0025]图4是实施例2所制得的复合材料Cu
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Y2O3能谱分析得到的结果。
[0026]图5是对比例1所制得的复合材料Cu
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Y2O3能谱分析得到的结果。
[0027]图6是实施例2所制得的复合材料Cu
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Y2O3的拉伸曲线。
[0028]图7是对比例2所制得的复合材料Cu
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Y2O3的拉伸曲线。
具体实施方式
[0029]下面结合对本专利技术的较佳实施例和对比实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0030]实施例1
[0031]本实施例中的Cu<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用金属钇盐制备Y2O3颗粒弥散强化铜基复合材料的方法，其特征在于，直接将Y盐和Cu粉进行机械合金化制得Cu
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Y盐前驱体粉末，然后通过还原气氛中煅烧还原制备得到Y2O3颗粒弥散强化铜基复合粉末，最后通过放电等离子烧结制备得到Y2O3颗粒弥散强化铜基复合材料。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(一)机械合金化以Y(NO3)3·
6H2O或Y2(CO3)3作为Y盐，将Y盐粉末、Cu粉按照重量比为2.36～8：92～97.64置于球磨罐中，在氩气气氛下完成球磨罐的装配，放入行星式球磨机中球磨，结束后取出研磨，得到前驱体粉末Cu
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Y(NO3)3或Cu
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Y2(CO3)3；(二)煅烧还原将上述前驱体粉末置于管式炉中，通入H2含量为10％的Ar
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H2混合气，通气30...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉程，许杰，马冰，罗来马，朱晓勇，刘家琴，盛学洋，陈锦文，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：