[發(fā)明專利]一種銅基二氧化硅復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711376253.9
• 申請(qǐng)日: 2017-12-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109930021B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉冬梅;王強(qiáng)松;劉芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 有研工程技術(shù)研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C22C9/00
• 分類(lèi)號(hào): C22C9/00;C22C32/00;C22C1/05;C22C1/10
• 代理公司: 北京北新智誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 劉徐紅

本發(fā)明涉及一種銅基二氧化硅復(fù)合材料及其制備方法，屬于金屬材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域。該復(fù)合材料的質(zhì)量百分比組成為：錫：0.5～10％，石墨：10～25％，二氧化硅：2～8％，納米二氧化硅：0～2％，余量為銅。制備步驟為：配料―球磨―混料―冷壓成型―加壓燒結(jié)―成品。本發(fā)明所制備的銅基復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度高于300MPa，屈服強(qiáng)度和常用的銅基三氧化二鋁復(fù)合材料相當(dāng)，磨損率低于1×10^?9cm³·J^?1，耐熱系數(shù)高于35000，耐熱性及耐磨性能比銅基三氧化二鋁復(fù)合材料更好，因此該材料制作的耐磨零件可滿足產(chǎn)品或設(shè)備在較高溫度條件下長(zhǎng)期正常工作的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種銅基二氧化硅復(fù)合材料及其制備方法，特別涉及一種在高溫高摩擦環(huán)境下使用的合金及其制備方法，屬于金屬材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

銅基復(fù)合材料由于其良好的耐磨性、導(dǎo)熱性等，被用作飛機(jī)、汽車(chē)、輪船和工程機(jī)械等的剎車(chē)及制動(dòng)裝置，廣泛用于機(jī)電、宇航、微電子等高技術(shù)領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)外對(duì)高溫下應(yīng)用的銅基復(fù)合材料的研究由來(lái)已久，并已形成了銅基復(fù)合氧化物、碳化物、硼化物和氮化物等工業(yè)化系列產(chǎn)品。

隨著設(shè)備向高速、重載方向發(fā)展，對(duì)銅基摩擦材料的耐磨性和耐熱性提出了更高要求。銅基復(fù)合材料的研究結(jié)果表明：采用納米Al₂O₃、納米ZrO₂等納米級(jí)氧化物作為彌散增強(qiáng)相制備出的銅基納米復(fù)合材料，利用顆粒增強(qiáng)技術(shù)在軟韌的Cu基體中形成彌散分布的硬質(zhì)點(diǎn)來(lái)提高材料的強(qiáng)度、耐磨性，同時(shí)能夠保持銅本身高導(dǎo)熱性能，提高抗高溫軟化特性，達(dá)到導(dǎo)電和強(qiáng)度、耐磨性能綜合提高的效果，具有其它強(qiáng)化方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此，將納米氧化物材料應(yīng)用于銅基耐磨材料，為改善耐磨材料的摩擦學(xué)性能提供了新途徑。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外資料，目前研究較多的是Cu/Al₂O₃復(fù)合材料。納米SiO₂(n-SiO₂)由于其特殊的結(jié)構(gòu)且具有質(zhì)量輕、耐磨、耐高溫、耐腐蝕及熱膨脹系數(shù)小等特性，其導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能盡管有所下降，但仍保持在較高的水平，并且其價(jià)格僅為納米Al₂O₃的一半。然而，由于n-SiO₂極易團(tuán)聚，在銅基體中不易均勻分散，導(dǎo)致制備出的SiO₂增強(qiáng)銅基復(fù)合材料性能與Cu/Al₂O₃復(fù)合材料相比并無(wú)優(yōu)勢(shì)，因此將n-SiO₂作為增強(qiáng)相用于銅基體的研究還不多見(jiàn)。

近年來(lái)，銅基復(fù)合材料作為耐磨零件被越來(lái)越多地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。因此，研發(fā)出一種在高溫環(huán)境下使用的具有較高強(qiáng)度、高耐磨性、低成本的銅基二氧化硅復(fù)合材料，使之應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)等領(lǐng)域高溫環(huán)境用制動(dòng)零部件的制造，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量及設(shè)備使用壽命等均有重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的第一個(gè)問(wèn)題是提供一種具有優(yōu)異力學(xué)性能、耐磨耐熱性能、高導(dǎo)電、低密度的銅基二氧化硅復(fù)合材料，使之用于航空航天、車(chē)輛交通、微電子等行業(yè)領(lǐng)域。

本發(fā)明所要解決的第二個(gè)問(wèn)題是提供一種具有優(yōu)異力學(xué)性能、耐磨耐熱性能、低密度、高導(dǎo)電銅基二氧化硅復(fù)合材料的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種銅基二氧化硅復(fù)合材料，即一種納米二氧化硅增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，其質(zhì)量百分比組成為：錫：0.5～10％，石墨：10～25％，二氧化硅：2～8％，納米二氧化硅：0～2％，余量為銅。

優(yōu)選的，上述銅基復(fù)合材料的質(zhì)量百分比組成為：錫：1～5％，石墨：17～20％，二氧化硅：3～6％，納米二氧化硅：0.3～1.5％，余量為銅。

其中，不可避免的雜質(zhì)的質(zhì)量百分比≤0.1％。

以上各組分元素在復(fù)合材料中所起的作用如下：