[發明專利]碳化鈦彌散強化銅基復合材料的自蔓延高溫合成制備方法

無效

• 申請號: 200910095173.5
• 申請日: 2009-11-11
• 公開（公告）號: CN101709398A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 李才巨;朱心昆;周蕓;陶靜梅;陳鐵力
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C32/00;C22C9/00;C22C29/10
• 代理公司: 昆明今威專利代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

技術領域

本發明屬于金屬基復合材料制備技術領域，提供了一種自蔓延高溫合成制備碳化鈦彌散強化銅基復合材料的方法，可用于電力產業、國防工業、集成電路、焊接設備等領域廣泛應用的高強高導銅基復合材料的生產制備。

背景技術

高強高導銅合金是一類有優良綜合物理性能和力學性能的結構功能材料，在眾多工業領域中有著不可替代的作用，廣泛應用于集成電路的引線框架口、各類點焊和滾焊機的電極、大功率異步牽引電動機轉子、電氣化鐵路接觸導線、熱核實驗反應堆(ITER)偏濾器垂直靶散熱片等電力、電工、機械制造領域。但是，銅合金中的強度和導電性一直是一對相矛盾的特性，此消彼漲，一般只能在犧牲電導率和熱導率的前提下改善銅的力學性能，以獲得高的強度。如何解決這一矛盾，一直是高強高導銅合金研究的關鍵課題。

目前獲得高強高導銅合金的途徑主要有兩種：一是合金化途徑，即向銅中引入合金元素以形成銅合金來進行強化；二是復合化途徑，即向銅基體中引入第二強化相以形成復合材料來進行強化。

合金化法是在銅中添加合金元素，溶質原子溶入晶格后會引起晶格點陣畸變，造成應力場，從而使強度提高。傳統的合金化法主要通過固溶強化和析出強化等手段來強化銅基體。根據合金固溶強化原理，銅合金中常用的固溶合金元素有Sn、Cd、Ag等。根據析出強化原理，目前已開發的該類銅合金有Cu-Cr、Cu-Zr、Cu-Ti、Cu-Fe等。合金化法的優點在于技術較成熟、工藝簡單、成本較低，適宜規模化生產。其缺點是晶體中畸變的點陣對運動電子的散射作用相應加劇，降低了導電性。一般只能在犧牲電導率的前提下改善銅的力學性能。合金化法制備的銅合金強度在350～650MPa之間，電導率一般不超過90％IACS，難以滿足新一代電器件對性能的要求。

根據導電理論，第二相在銅基體中的引起的電子的散射作用比固溶原子在銅基體中引起的散射作用弱得多，故復合強化不會引起銅基體導電性的明顯降低，且增強相還能改善基體的機械性能，成為獲得高強度高導電性銅合金的主要手段。研究資料表明，利用材料復合化制備的Cu-Ta、Cu-Nd等復合材料強度大于1400MPa，導電率達90％IACS以上，并已得到工程應用。復合化途徑根據強化相引入方式的不同可以分為人工復合法和原位復合法。

人工復合法通過人為地向銅中加入第二相的晶須或纖維對銅基體進行強化，或依靠強化相本身來增大材料強度的方法，例如氧化強化法、機械合金化法以及碳纖維復合法等。人工復合法的特點是部分方法比較成熟，其產品已獲得工程應用，但工藝復雜，生產成本高。原位復合法是向銅中加入一定量合金元素，通過一定工藝，使銅內部原位生成增強相，而不是加工前就存在增強體與基體銅兩種材料，包括塑性變形復合法、原位反應復合法和原位生長復合法。對比人工復合法，原位復合法所獲得的產品中基體和第二相界面相容性更好，制備工藝步驟減少，生產成本降低。

碳化鈦(TiC)是一種FCC結構的間隙化合物，具有高硬度、高熔點、低電阻率等諸多優點，廣泛應用于粉末冶金等領域。若把TiC彌散分布到純銅基體中，就可制備出一種高強高導的TiC彌散強化銅基復合材料。傳統的TiC彌散強化銅基復合材料是先單獨制備TiC和Cu粉，然后在通過機械合金化等方法來獲得的。但是傳統的TiC粉末制備工藝較為復雜，成本較高，從而導致TiC彌散強化銅基復合材料的生產工序復雜，成本較高。

2006年，中國專利CN1804077A報道了一種原位生產碳化鈦彌散強化銅基復合材料及其制備方法：將錫碳化鈦超細粉按預定比例與銅粉混合，球磨5～15小時后，裝入石墨模具中冷壓，在800～900℃溫度下的保護氣氛熱壓室內燒結0.5～3小時，最后再將得到的復合材料在950～1050℃退火2～8小時。這種方法能成功制備出TiC彌散強化銅基復合材料，但需要先制備出超細高純的錫碳化鈦粉末，增加了制備工序，提高了生產成本。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術之不足，提供一種自蔓延高溫合成制備碳化鈦彌散強化銅基復合材料的方法，縮短工藝路線，降低生產成本，提高產品質量。