[發明專利]新型納米相彌散強化銅及其制備方法和產品生產工藝

無效

• 申請號: 200810066186.5
• 申請日: 2008-03-27
• 公開（公告）號: CN101250639A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 劉紹軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/04;C22F1/08
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所
• 代理人: 胡吉科

技術領域

本發明涉及一種彌散強化銅及其制備方法和產品生產工藝，具體涉及一種通過高能球磨的方法添加彌散強化第二相并通過原位反應合成法進行制備新型納米相彌散強化銅的方法及通過該制備方法獲取的新型納米相彌散強化銅及其相關產品的生產工藝。

背景技術

彌散強化銅是一種高強高導的銅基復合材料。作為一種重要的功能材料，由于彌散強化銅具有高強度和高導電性等優異的綜合特性，彌散強化銅已在汽車、電池、電子封裝、微波器件等工業領域中得到了廣泛的應用。彌散強化銅是制備電阻焊電極、縫焊滾輪、電器工程開關觸橋、發電機集電環、電樞、轉子、連鑄機結晶器內襯、集成電路引線框架、電車及電力火車架空導線等的優良材料。隨著對彌散強化銅的性能要求越來越高和降低成本的需要，開發新的材料制備技術以及制備具有更高導電和力學性能的下一代納米相彌散強化銅也越來迫切。

目前，經過幾十年的發展，國內外已經開發的彌散強化銅粉末的生產工藝方法主要有機械混合法、共沉淀法、機械合金化法和內氧化法。

機械混合法是首先利用某些活性金屬粉末能在顆粒表面形成很薄的難熔氧化物膜，如鋁的氧化膜約厚達而采用空氣霧化制粉的技術。隨后，為破碎氧化膜和增加新氧化表面，再進行一道機械研磨的后處理工序。隨后的成形工藝中通常采用熱變形加工以有利于進一步破碎氧化膜和金屬顆粒間的燒結。

化學共沉淀選擇還原法是將銅與彌散強化相組元如Zr和Al或Zr與Al的鹽溶液或氧化物溶膠，用沉淀劑使它們共沉淀，并熱解得到極均勻的混合氧化物，再通過H₂還原，得到在被還原的銅基體中均勻彌散的難熔氧化物微粒(Al₂O₃、MgO、ThO₂、HfO₂、ZrO₂)。

機械合金化法是在一般機械研磨法作為一種簡單的混合銅粉和第二相的手段已不適應彌散強化銅性能要求的基礎上發展起來的。機械合金化制備彌散強化銅的基本過程和原理是將銅粉、氧化銅粉、鋁粉與適量磨球共置入密封球磨罐內，或銅鋁合金粉與銅粉在氧化氣氛中與適量磨球，通過球磨罐的劇烈搖動或振動，粉末重復性地被擠壓變形、焊合、斷裂再焊合，形成層狀復合體，再經歷重復的冷焊、斷裂再冷焊的過程，而形成第二相分布非常均勻的粉末。最終通過還原去氧步驟得到彌散強化銅粉末。

內氧化法是利用合金中某些活性溶質元素的選擇氧化，控制溫度、時間、氧分壓等工藝參數獲得強化相彌散均勻的銅基材料。然后，采用霧化Cu-Al合金粉末輔以CuO粉末作為氧源，在約875℃進行內氧化，內氧化完成后的粉末裝入Cu包套中在約925℃下擠壓成材。在現階段，此法也是主要的彌散強化Cu-Al₂O₃合金生產技術。

以上各種制備技術的核心是得到具有彌散顆粒大小均勻和分布狀態最佳的彌散強化銅粉體。其中，目前最為成熟和得到廣泛應用的是內氧化法，實踐生產也證明該方法得到的材料綜合性能較佳而且穩定。然而，內氧化法工藝的最大的缺點在于其工藝復雜和成本較高，特別是氧氣量和氧化時間較難控制，因此對內氧化法的設備和工藝控制要求極其嚴格，同時由于滯留在內部的氧化劑難以完全消除，容易造成裂紋、空洞、夾雜等組織缺陷而對材料的性能產生一定的影響。而化學共沉淀法在超細粉體制備中具有成分易于控制，所合成粉體純度高、顆粒尺寸分布均勻和容易放大生產等優勢，但是存在著生產成本高和產品性能差的缺陷。相比較，盡管有第二相粒度不夠細、粒徑分布寬、雜質易混入的缺點，但是成本較低、產量高、工藝簡單易行的機械合金化方法在氧化物彌散強化銅制取方面顯示了其優越性。盡管如此，以上技術都或多或少的存在著相間產物難控制、基體和增強相之間濕性差的局限性。因此，除了改進現有工藝外，必須結合已經發展成熟的納米合成技術，例如，原位反應合成法，來提高傳統彌散強化銅的制備技術。

發明內容

為了解決現有技術中存在的內氧化法工藝方法中，其工藝復雜、成本較高，氧氣量和氧化時間較難控制；化學共沉淀法生產成本高、產品性能差；機械合金化方法第二相粒度不夠細、粒徑分布寬、雜質易混入。而且以上技術都或多或少的存在著相間產物難控制、基體和增強相之間濕性差的局限性等技術缺陷。本發明提供了一種能得到具有彌散顆粒大小均勻和分布狀態最佳的工藝簡單、過程可控、成本較低、產品綜合性能優異的納米相彌散強化銅粉體的制備方法。

本發明還提供了一種納米相彌散強化銅產品生產工藝方法。