[發(fā)明專利]碳化硼?碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度銅基復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610473934.6
• 申請(qǐng)日: 2016-06-27
• 公開（公告）號(hào): CN106011700B
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐淑波;廖雪;聞萍;李勝鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東建筑大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C47/14
• 分類號(hào): C22C47/14;C22C49/02;C22C49/14;C22C101/12
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有色金屬復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其是一種采用納米碳化硼-碳化硅晶須來增韌高強(qiáng)度銅基復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)

銅及銅合金材料由于具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕性以及良好的塑性加工性能和較高的強(qiáng)度，目前廣泛應(yīng)用于電力電纜、電工、電機(jī)、高端裝備制造等工業(yè)部門。由于銅及銅合金材料強(qiáng)度和硬度較鋼鐵材料差距較大，而且在自然界含量較少，因此，隨著科技和工業(yè)的進(jìn)步，對(duì)銅及銅合金的力學(xué)性能提出了更高的要求。因此，開發(fā)具有高的強(qiáng)度，同時(shí)又具有優(yōu)良的塑性加工性能的銅合金十分必要。

通常采用晶粒細(xì)化法、合金化以及復(fù)合材料法實(shí)現(xiàn)提高銅合金的力學(xué)性能。晶粒細(xì)化法可有效提高銅合金的力學(xué)性能，但是該工藝目前還不能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，無法規(guī)模化生產(chǎn)。采用合金化也可提高銅合金的力學(xué)性能，但是添加了大量貴金屬元素，造成銅合金生產(chǎn)成本居高不下。因此，采用顆粒增強(qiáng)，尤其是近年來出現(xiàn)的晶須增強(qiáng)、增韌的方法可有效獲得高強(qiáng)度銅基復(fù)合材料。

基于上述目的，采用在銅基復(fù)合材料體粉末中原位生成納米碳化硼-碳化硅晶須晶須來增韌純銅材料的方法。本發(fā)明的高強(qiáng)度純銅基體材料的化學(xué)成分及重量百分比為Cu：99.99%。然后在基體純銅材料粉末中添加碳化硼-碳化硅晶須粉末，最終通過原位法制備高強(qiáng)度、高韌性的純銅材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明專利的目的是：在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種加工工藝穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低廉、無污染排放、可在常規(guī)條件下組織生產(chǎn)的碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度純銅材料，較傳統(tǒng)的純銅材料具有更好的強(qiáng)度、硬度，較常規(guī)純銅材料的韌性大幅提升。

本發(fā)明提供了一種原位生成碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度純銅材料，其特征在于：該材料沿?cái)D壓流線形成定向排列的碳化硼-碳化硅晶須和高強(qiáng)度純銅基體材料組成，晶須直徑為300-800nm，原位增強(qiáng)相的體積總量在0.05-0.10。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案：原位生成碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度純銅材料粉末由高強(qiáng)度純銅基體材料粉末和碳化硼-碳化硅晶須粉末組成，然后采用機(jī)械混合法使高強(qiáng)度純銅基體粉末與碳化硼-碳化硅晶須粉末均勻混合，混合粉末冷壓實(shí)后在10^-6托真空條件下逐步加熱除氣，然后在450-600℃，50-200Mpa條件下真空燒結(jié)1-10小時(shí)，熱壓錠400-500℃通過帶背壓的模具通道拐角為100^o的等通道側(cè)向擠壓（ECAP）變形。測(cè)試表明所獲得的原位生成碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度純銅材料具有高強(qiáng)韌性。

方案所需材料按如下具體步驟制備：

（1）碳化硼-碳化硅晶須的制備：

原位生成碳化硼-碳化硅晶須粉末的制備工藝為：碳化硼-碳化硅晶須前驅(qū)體材料化學(xué)成分為：聚四氯乙烯，B₂O₃，Si，C，Mn，NaCl，其重量配比為：（45.4～48.2）：（45.4～48.2）：（45.6～50.8）：（45.6～50.8）：（0.1～0.9）：（1.0～8.1）。將按比例配制的能夠生成碳化硼-碳化硅晶須的先驅(qū)體復(fù)合粉末加無水乙醇于球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械化球磨24小時(shí)，獲得具有200-800nm晶粒尺寸超細(xì)先驅(qū)體復(fù)合粉末，將粉末裝入石墨容器中，在氬氣氣氛保護(hù)和1450℃-1600℃的溫度條件下，保溫120min-240min合成。

2B₂O₃+7C=（加熱）B₄C+6CO

Si+C=（加熱）SiC

（2）高強(qiáng)度純銅基體材料粉末制備：

本發(fā)明的高強(qiáng)度純銅基體材料的化學(xué)成分及重量百分比為Cu：99.99%，夾雜元素總量不大于0.01％。將高強(qiáng)度純銅粉末加無水乙醇于球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械化球磨24小時(shí)，獲得具有50-150μm晶粒尺寸超細(xì)粉末。

本發(fā)明為獲得最佳的綜合力學(xué)性能和學(xué)腐蝕性能，嚴(yán)格控制雜質(zhì)的含量：Cu的純凈度大于等于99.99％ ；夾雜元素總量不大于0.01％。

（3）碳化硼-碳化硅晶須與高強(qiáng)度純銅基體材料混合粉末：

碳化硼-碳化硅晶須粉末在高強(qiáng)度純銅材料中的重量含量為5-10%，將碳化硼-碳化硅晶須與高強(qiáng)度純銅基體材料按重量百分比為（5-10）:（95-90）的比例配制為碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度純銅材料粉末。

該原位生成碳化硼-碳化硅晶須增韌高強(qiáng)度純銅材料無需專用設(shè)備，在常規(guī)銅合金廠即可組織生產(chǎn)，本發(fā)明投資少，見效快，能快速收回投資成本。