[發明專利]一種高強高導氧化鋁彌散強化銅基復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201610046813.3
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105483419A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 陸德平;廖先金;陸磊
• 申請（專利權）人: 江西省科學院應用物理研究所
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C9/01;C22C32/00
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 姚伯川

技術領域

本發明涉及一種高強高導氧化鋁彌散強化銅基復合材料的制備方法,屬于金屬基復合 材料技術領域。

背景技術

彌散強化銅基復合材料因具有高的強度和高的傳導性，在電子，電力，航空，制造等領 域得到了廣泛的應用。特別是因其具有抗高溫軟化性能，在接近于850-950℃溫度下，強度 和硬度仍能保持室溫狀態的85%以上。良好的抗高溫軟化性能，使得彌散強化銅基復合材料 正逐漸替代Cu-Zr、Cu-Cr-Zr、Cu-Be等傳統銅合金應用于點焊電極、電阻焊電極、導電彈性 材料和集成電路引線框架、微波管結構和連續鑄鋼結晶器等抗高溫軟化性能要求高的場 合。

彌散強化銅基復合材料的強化相主要有：Al₂O₃，TiB₂，WC，金剛石，石墨，納米碳管 等。其中Al₂O₃顆粒彌散強化銅基復合材料的研究和應用最為廣泛，其制備方法主要有：熔 鑄，熔滲，粉末冶金，機械合金化，內氧化，反應合成原位復合等方法。其中內氧化法是應用 最為成熟的方法，美國SCM公司在1973年采用內氧化法成功商業化制備了Al₂O₃/Cu復合材 料，但對技術進行嚴格的保密。內氧化法制備Al₂O₃/Cu復合材料的工藝流程主要為：將銅鋁 固熔合金熔煉后霧化制粉，混入氧化劑Cu₂O粉，混合的粉加熱至高溫使Cu₂O分解將Al氧化成 Al₂O₃，在氫氣或分解氨氣氛中還原多余的氧，將粉末壓制成坯或錠后將其熱擠壓成所需形 狀，拉拔成型。然而，內氧化法存在工藝周期較長，生產成本較高，涉及工序多，氧化時間難 以控制等問題。

我國對彌散強化銅基復合材料的研究始于20世紀80年代，研究起步較晚，主要問 題是性能偏低，成本高，且多數仍停留在實驗室階段，難以實現規?；a，導致我國的高 端制造業在需要應用彌散強化銅基復合材料的場合仍以進口為主，嚴重制約和限制了我國 的高端制造業發展。因此，開發一種工藝流程短，生產成本低，適宜工業化生產的制備Al₂O₃/ Cu復合材料的方法是非常重要的。

發明內容

為了解決內氧化法存在的工藝周期長，生產成本高，涉及工序多，氧化時間難以控 制等不足，本發明提出一種高強高導氧化鋁彌散強化銅基復合材料的制備方法。

本發明的技術方案是，在不添加外氧化劑Cu₂0的條件下，進行外氧化生成氧化劑 制備銅鋁粉；所述方法包括下列步驟：

（1）銅鋁合金的熔煉：以含Al的質量分數為0.01%-1.2%，余料為銅的比例配置熔煉原 料，通過真空中頻感應熔煉的方法，將合金原料熔煉成銅鋁固溶合金；

（2）銅鋁粉末的制備：將銅鋁固溶合金通過氮氣霧化或水霧化制備成銅鋁粉末，粉末尺 寸為100目-400目；

（3）外氧化制備銅鋁粉：在不添加外氧化劑Cu₂O的條件下，將霧化后的銅鋁合金粉末通 過烘箱加熱至200℃-400℃，保溫30-200min，外氧化制備氧化劑Cu₂O。觀察到銅鋁粉的顏色 出現磚紅色為宜（Cu₂O顏色）；

（4）真空內氧化燒結：將外氧化后的銅鋁粉末包套壓制后在真空條件下進行內氧化燒 結，溫度800℃-1000℃，保溫時間0.5-8h；

（5）熱擠壓成型：將燒結后的包套坯在800℃-1000℃條件下熱擠壓成圓形棒料、方形料 或板料等，擠壓力400-2000t；

（6）拉拔或旋鍛加工成型：將擠壓后的坯料進行拉拔或旋鍛加工成型，按規格制備成所 需成品。

本發明制備的氧化鋁彌散強化銅基復合材料組織的掃描電鏡圖如圖2所示，本發 明制備的氧化鋁彌散強化銅基復合材料斷口的掃描電鏡圖如圖3所示。

與其他的制備彌散強化銅基復合材料工藝方法相比，本發明有以下優點：

1、不需添加氧化劑Cu₂0，通過外氧化生成氧化劑制備銅鋁粉，省去了外加氧化劑的添 加；

2、真空條件下進行內氧化燒結，省去了多余氧的還原過程。