一种纳米氧化铝增强铜基复合材料的制备方法技术

一种纳米氧化铝增强铜基复合材料的制备方法，包括溶胶-凝胶的制备、自蔓延燃烧和还原烧结，其特征在于：将硝酸铝溶液和硝酸铜溶液混合后加入螯合剂柠檬酸，并调混合溶液pH＜7得到溶胶，将溶胶置于90-120℃下保温不少于10小时形成凝胶，将凝胶加热至300-500℃自蔓延燃烧并研磨得到纳米氧化铝和氧化铜黑色粉体，将黑色粉体在还原气氛中于300-400℃下烧结不少于8小时得到纳米氧化铝和铜复合粉体，将复合粉体压制成型后在还原气氛中于800-900℃烧结1-3小时得到Al2O3体积百分含量0.1-3％的复合材料，本材料可广泛应用于机械、电子、航天航空等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铜基复合材料的制备方法，尤其涉及一种采用溶胶-凝胶自蔓延 燃烧法来制备纳米氧化铝颗粒弥散分布增强铜基复合材料的方法。二、
技术介绍
铜及铜合金由于具有良好的导电、导热、耐腐蚀性以及优良的工艺性能和较高的 强度，被广泛应用于电力、电工、机械制造等重要工业部门。但随科学技术和现代工业的发 展，对铜及铜合金的性能提出了更高的要求。因此，人们在不断探索具有优良的综合物理性 能和力学性能的功能材料-高强高导铜合金，以满足对铜合金材料的新要求。提高铜强度的途径，大体上有两条一是合金化法；二是复合材料法。合金化法常常采用低固溶度的合金元素加入铜中，形成过饱和固溶体来提高强 度，但导致铜基体电导率恶化。复合材料法既可发挥基体和强化材料的协同作用，具有很大的设计自由度，且在 显著提高铜强度的同时不会明显降低电导率。该法又分为人工复合法和原位自生复合法两 种。人工复合法增强颗粒往往比较粗大，易偏聚，润湿性差，界面结合不理想，因此强 化效果有限；往往由于界面污染、界面结合不良等材料内部缺陷严重，导致导电性能恶化。原位自生复合法是在金属基体中加入能生成第二相的合金元素或化合物，在一定 温度下于金属基体中发生原位反应，形成原位复合材料。由于增强相是由基体内自动生成， 两相界面结合强度高，机械性能高；又由于无界面污染及增强相偏聚等问题，提高了材料的 完整性，且可通过选择具有良好塑性、在铜中固溶度小的合金元素来降低对铜导电率的影 响，这些都减小了铜导电率降低的程度。与非原位合成铜基复合材料相比，原位合成铜基复 合材料是一种很有发展前途的复合材料。但是，目前国际上制备原位反应铜基的复合材料方法存在这样或那样的缺点。比 如(1)液-液反应法工艺简单，制造成本也较低，但是存在不同程度偏析和反应不均勻现 象。( 液-固反应法获得材料导电率偏低(仅19.81% IACS)，且所需设备复杂，存在偏析 现象；C3)内氧化法增强相不可避免在界面处析出。因此开发新的原位反应铜基复合材料的制备方法，对于制造高强高导铜合金具有 重要的战略价值和现实意义。溶胶-凝胶自燃烧法是一种新型的化学合成方法，此方法以无机盐为原料，成本 相对较低，且可以精确地控制反应物的化学计量比和反应条件，工艺简单且不需预烧环节， 在较低的温度下和较短的时间内，通过自燃烧反应合成陶瓷粉末前驱体。由于在合成反应 前期采用了溶胶-凝胶工艺，因此粉料的合成温度低，各组成元素在溶液中通过在分子、原 子尺度上混合，保证了均勻性。所得粉料粒度较细且分布均勻(可达亚微米级、甚至纳米 级)，而且粉料无明显的硬团聚。该方法在复杂氧化物体系的制备方面表现出独特的优势，已在BaTi03、BaTi4O9,PbxBa1^xTi4O9和Ba (Zr，Ti) O3等多种类型材料的制备中获得成功应用。 然而，通过溶胶-凝胶自燃烧法实现纳米Al2O3在Cu基体内原位生成的报道却未见到。三、
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种纳米氧化铝弥散分布增强铜基复合材料。所要解决的技术问 题是用溶胶-凝胶自燃法制备出纳米氧化铝弥散均勻分布、综合性能优异的纳米级铜基复 合材料。本专利技术的技术方案是以溶胶-凝胶自蔓延燃烧法为基础，包括溶胶-凝胶的制 备、自蔓延燃烧和还原烧结，所述的溶胶-凝胶的制备是将硝酸铝(Al(NO3)3)溶液和硝酸铜 (Cu (NO3) 2)溶液混合均勻后加入螯合剂柠檬酸，充分螯合并调混合溶液PH < 7得到溶胶，将 溶胶置于恒温箱中于90-120°C保温不少于10小时形成凝胶；所述的自蔓延烧结是将凝胶 加热300-500°C便快速自蔓延燃烧并研磨得到纳米氧化铝和氧化铜(Al2O3-CuO)黑色粉体； 所述的还原烧结是黑色粉体在还原气氛中于300-400°C下烧结不少于8小时得到纳米氧化 铝和铜(Al2O3-Cu)复合粉体，将复合粉体压制成型坯(即粉末冶金，初始压力25-35MPa，保 压Imin后升压至115-125MPa，保压Imin)，型坯在还原气氛中于800-900°C烧结1_3小时得 到纳米氧化铝增强铜基复合材料。具体制备过程如图1所示。本纳米氧化铝增强铜基复合材料中Al2O3的含量通过初始溶液中Al3+和Cu2+的含 量来控制，通常Al2O3的体积百分含量0. 1-3%。在实验中，根据实验定的Al2O3和Cu的体 积比计算出Al2O3和Cu的质量比，并以此计算出Al原子和Cu原子的摩尔比，最后计算所需 九水合硝酸铝和三水合硝酸铜的质量比。与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在利用本专利技术，可以获得不同外观、尺寸、密度、电导率、强度、硬度、塑性、组织结构 和摩擦性能的复合材料，可以广泛的应用于机械、电子、航天航空等领域。四附图说明图1是本制备方法的流程图。图2是Al2O3-Cu复合粉体粒径分布图。五具体实施方式 对原材料的化学成分要求如下药品名称分子量纯度等级权利要求1.，包括溶胶-凝胶的制备、自蔓延燃 烧和还原烧结，其特征在于将硝酸铝溶液和硝酸铜溶液混合后加入螯合剂柠檬酸，并调混 合溶液pH< 7得到溶胶，将溶胶置于90-120°C下保温不少于10小时形成凝胶，将凝胶加热 至300-50(TC自蔓延燃烧并研磨得到纳米氧化铝和氧化铜黑色粉体，将黑色粉体在还原气 氛中于300-40(TC下烧结不少于8小时得到纳米氧化铝和铜复合粉体，将复合粉体压制成 型后在还原气氛中于800-900°C烧结1-3小时。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的还原气氛为氢气气氛。全文摘要，包括溶胶-凝胶的制备、自蔓延燃烧和还原烧结，其特征在于将硝酸铝溶液和硝酸铜溶液混合后加入螯合剂柠檬酸，并调混合溶液pH＜7得到溶胶，将溶胶置于90-120℃下保温不少于10小时形成凝胶，将凝胶加热至300-500℃自蔓延燃烧并研磨得到纳米氧化铝和氧化铜黑色粉体，将黑色粉体在还原气氛中于300-400℃下烧结不少于8小时得到纳米氧化铝和铜复合粉体，将复合粉体压制成型后在还原气氛中于800-900℃烧结1-3小时得到Al2O3体积百分含量0.1-3％的复合材料，本材料可广泛应用于机械、电子、航天航空等领域。文档编号C22C9/00GK102031401SQ201110000550公开日2011年4月27日 申请日期2011年1月4日 优先权日2011年1月4日专利技术者丁云飞, 凤仪, 刘莎莎, 张学斌, 许杰, 邵浩 申请人:合肥工业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米氧化铝增强铜基复合材料的制备方法，包括溶胶－凝胶的制备、自蔓延燃烧和还原烧结，其特征在于：将硝酸铝溶液和硝酸铜溶液混合后加入螯合剂柠檬酸，并调混合溶液ｐＨ＜７得到溶胶，将溶胶置于９０－１２０℃下保温不少于１０小时形成凝胶，将凝胶加热至３００－５００℃自蔓延燃烧并研磨得到纳米氧化铝和氧化铜黑色粉体，将黑色粉体在还原气氛中于３００－４００℃下烧结不少于８小时得到纳米氧化铝和铜复合粉体，将复合粉体压制成型后在还原气氛中于８００－９００℃烧结１－３小时。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张学斌，凤仪，丁云飞，邵浩，刘莎莎，许杰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：34