【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铜基复合材料，具体涉及一种氮化硅增强铜基复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、铜是应用最广泛的金属材料之一，具有高热导率、高电导、高延展性等特性，但其硬度较低，影响其耐磨性和承载能力。氮化硅陶瓷具有高热导率、高硬度等特性，但其韧性较低、不具有导电性。将氮化硅与铜结合起来制备铜基复合材料一直受到广泛关注。然而，由于铜与氮化硅陶瓷之间的润湿性非常差，随着氮化硅含量的提高，复合材料的致密化程度下降严重。例如，文献improved mechanical properties of cu matrix compositesreinforced withβ-si3n4 whiskers(jinwei yin,dongxu yao,hailong hu,yongfeng xia,kaihui zuo,yu-ping zeng.materials science&engineering a 607(2014)287-293)和中国专利cn201210364842.6公开了增强型铜基复合材料；但是随着铜基复合材料中氮化硅含量的提高其气孔率增加导致复合材料的硬度急剧下降，甚至比纯铜还低。复合材料中气孔率的增加除对硬度有影响外，还会对复合材料的压缩强度、热导率、电导率、耐磨损性能等都有明显影响。
2、为了减少复合材料的气孔率科研人员做出大量研究，例如文献enhanced thermalconductivity of cu matrix composites reinforcedwith ag-coated b-
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种氮化硅增强铜基复合材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的铜基复合材料具有较高的致密度以及良好的导热性、导电性和耐磨损性。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种氮化硅增强铜基复合材料，包括复合相和嵌入所述复合相中的铜相；
3、所述铜相为铜单质，所述复合相由氮化硅颗粒和铜单质组成。
4、优选的，所述铜相在氮化硅增强铜基复合材料中的体积百分含量为55～88％。
5、优选的，所述铜相中的铜单质以颗粒形式存在；所述颗粒的平均直径为10～100μm；
6、所述复合相中铜单质的体积占复合相总体积的体积比为6～50％。
7、本专利技术还提供了上述技术方案所述氮化硅增强铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
8、将铜粉体、氮化硅粉体和溶剂混合，得到混合物料；所述铜粉体的平均粒径为40～90μm，氮化硅粉体的平均粒径为0.5～10μm；
9、将所述混合物料进行烧结，得到所述氮化硅增强铜基复合材料。
10、优选的，所述铜粉体和氮化硅粉体的体积比为60～92:8～40。
11、优选的，所述氮化硅粉体包括阿尔法氮化硅粉体、贝塔氮化硅粉体和贝塔氮化硅晶须中的一种或多种。
12、优选的，所述阿尔法氮化硅粉体的平均粒径为0.5～10μm；所述贝塔氮化硅粉体平均粒径为0.5～10μm；所述贝塔氮化硅晶须的平均直径为0.1～5μm、平均长度为0.5～25μm。
13、优选的，所述混合包括球磨混合或滚磨混合；
14、所述溶剂包括水或无水乙醇。
15、优选的，所述烧结方式为热压烧结或放电等离子烧结，所述烧结的温度为900～1100℃，压力为20～50mpa，保温时间为3～20min。
16、本专利技术还提供了上述技术方案所述氮化硅增强铜基复合材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的氮化硅增强铜基复合材料在机械零部件中的应用。
17、本专利技术提供了一种氮化硅增强铜基复合材料，包括复合相和嵌入所述复合相中的铜相；所述铜相为铜单质，所述复合相由氮化硅颗粒和铜单质组成。本专利技术提供的铜基复合材料以氮化硅作为增强相、铜相为基体相，在引入较高含量氮化硅颗粒的同时，复合材料保持较高的致密化程度，从而具有较高的致密度、硬度、耐磨损等性能。可在对材料力学、耐磨性要求较高的领域实现对传纯铜材料的替代应用。
18、本专利技术还提供了上述技术方案所述氮化硅增强铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将铜粉体、氮化硅粉体和溶剂混合，得到混合物料；所述铜粉体的平均粒径为40～90μm，氮化硅粉体的平均粒径为0.5～10μm；将所述混合物料进行烧结，得到所述氮化硅增强铜基复合材料。为了解决铜粉体与氮化硅粉体之间润湿性差导致致密性差的问题，本专利技术采用较粗铜粉体与较细的氮化硅粉体作为原料，经混合后氮化硅粉体包裹在铜粉体表面，形成一种类核壳结构。烧结过程中较大的铜颗粒之间相互连接，形成材料骨架，保持材料具有高强度、高延展性、高导电性和高导热性。大尺寸的铜颗粒粉体将氮化硅粉体限制在铜颗粒之间的缝隙中，在烧结过程中的机械压力下部分铜渗入到氮化硅粉体内部。此外，混合(球磨)过程中也会产生少量高活性纳米级的铜颗粒混入氮化硅粉体中，两种作用共同形成了氮化硅与铜的复相结构，这种氮化硅为主的复相结构引入赋予了复合材料的高硬度、高耐磨性等特征。两种粒径尺寸差异较大粉体的使用，使得混合后的原料具有一定的颗粒级配(铜和氮化硅原料粒径的差异)效果，在烧结前已具有较高的相对密度。此外，复相结构的存在进一步提高了复合材料的密度，其中纯铜相在引入过程中就是致密的铜颗粒，其密度已经接近自身理论密度，氮化硅与铜的复相结构中由于铜的球磨引入和机械压力下的饱和渗入，也已接近其最大密度。几方面的共同作用赋予了复合材料具有较高的致密化程度，进而保证了其在强本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氮化硅增强铜基复合材料，其特征在于，包括复合相和嵌入所述复合相中的铜相；
2.根据权利要求1所述氮化硅增强铜基复合材料，其特征在于，所述铜相在氮化硅增强铜基复合材料中的体积百分含量为55～88％。
3.根据权利要求1或2所述氮化硅增强铜基复合材料，其特征在于，所述铜相中的铜单质以颗粒形式存在；所述颗粒的平均直径为10～100μm；
4.权利要求1～3任一项所述氮化硅增强铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述铜粉体和氮化硅粉体的体积比为60～92:8～40。
6.根据权利要求4或5所述制备方法，其特征在于，所述氮化硅粉体包括阿尔法氮化硅粉体、贝塔氮化硅粉体和贝塔氮化硅晶须中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述阿尔法氮化硅粉体的平均粒径为0.5～10μm；所述贝塔氮化硅粉体平均粒径为0.5～10μm；所述贝塔氮化硅晶须的平均直径为0.1～5μm、平均长度为0.5～25μm。
8.根据权利要求4或7所述制备方法，其特征
9.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述烧结方式为热压烧结或放电等离子烧结，所述烧结的温度为900～1100℃，压力为20～50MPa，保温时间为3～20min。
10.权利要求1～3任一项所述氮化硅增强铜基复合材料或权利要求4～9任一项所述的制备方法制备得到的氮化硅增强铜基复合材料在机械零部件中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种氮化硅增强铜基复合材料，其特征在于，包括复合相和嵌入所述复合相中的铜相；
2.根据权利要求1所述氮化硅增强铜基复合材料，其特征在于，所述铜相在氮化硅增强铜基复合材料中的体积百分含量为55～88％。
3.根据权利要求1或2所述氮化硅增强铜基复合材料，其特征在于，所述铜相中的铜单质以颗粒形式存在；所述颗粒的平均直径为10～100μm；
4.权利要求1～3任一项所述氮化硅增强铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述铜粉体和氮化硅粉体的体积比为60～92:8～40。
6.根据权利要求4或5所述制备方法，其特征在于，所述氮化硅粉体包括阿尔法氮化硅粉体、贝塔氮化硅粉体和贝塔氮...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔竹辉，王鲁杰，杨亚东，李彤阳，于源，汤华国，黄浩，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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