[發明專利]一種氧化鋁顆粒和晶須共增強銅基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810488616.6
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108570630B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 蔣小松;張歸航;付學敏;孫大明;邵甄胰;朱德貴;朱旻昊
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C22C49/02
• 分類號: C22C49/02;C22C49/14;C22C47/14;C22C47/02;C22C101/04
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 王蕓;陳明龍

本發明公開了一種氧化鋁顆粒和氧化鋁晶須共增強的銅基復合材料，包括重量百分比的如下成分：氧化鋁1?4%、石墨粉末5~10%、鎳2?10%、鐵2?7%、錫2?10%、鉍2?6%、氧化鋯1?5%、鑭0?0.5%、余量為銅；所述氧化鋁包括氧化鋁顆粒、改性氧化鋁晶須；所述改性氧化鋁晶須是將氧化鋁晶須放入十二烷基硫酸鈉水溶液處理得到氧化鋁晶須。本發明所述銅基復合材料中，氧化鋁晶須分散較好，雜質含量低，與氧化鋁顆粒共同發揮增強作用，協同配合多種添加元素成分，顯著提高了銅基復合材料的力學及耐摩擦磨損性能，同時兼具優異的強度和耐沖擊性。本發明還公開了其制備方法。該方法工藝簡單，易于生產，在要求高強度、高導熱性和高耐磨性的材料領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種銅基復合材料，特別是一種Al₂O₃晶須、顆粒共增強銅基復合材料及其制備方法，屬于復合材料技術領域。

背景技術

隨著航空航天和電子電力工業的飛速發展，對銅基復合材料不僅要求具有良好的導電性、導熱性、強度，而且還要具有較高的耐磨性和較低的熱膨脹系數。傳統的銅基復合材料越來越不能滿足于此類性能要求，研究設計性能更優的銅基復合材料迫在眉睫。

陶瓷顆粒增強相Al₂O₃由于具有高熔點(2054℃)和高沸點(2980℃)，超高熱穩定性以及機械強度，不僅可以提高銅基復合材料硬度，還可以降低銅基復合材料在接近熔點溫度時晶粒長大率，因此被廣泛地應用于電子、汽車、航空航天(火箭推進器及航空器發動機的零件)等工業領域。目前，三氧化鋁陶瓷顆粒增強相在鋁基和鎂基復合材料中有所應用，但在銅基復合材料中還沒有太多報道。

氧化鋁晶須，又稱藍寶石晶須，具有高強度、高模量和高溫穩定性的特點，可以增強金屬和非金屬材料，使得復合材料兼具高強度、低密度和耐高溫的優點。研究表明，長為200μm，直徑為3.5μm的氧化鋁短纖維具有良好的性能，如抗拉強度為1000MPa，彈性模量為300GPa，維氏硬度為700HV，是一種優異的增強體材料。

目前關于三氧化鋁彌散增強銅基復合材料的研究，大部分還處于理論研究階段，以實驗室小規模試制為主，難以將增強復合材料推廣制備形成大規格、大體量的銅基復合材料。概括起來，最主要存在以下兩種問題：一個是增強體與基體之間的潤濕性導致的界面結合問題，另一個問題是納米尺寸的氧化鋁顆粒的團簇傾向。

現有技術研究表明，金屬與陶瓷顆粒的潤濕性可以通過以下方法進行改善。首先，也是最有效的提高陶瓷金屬之間潤濕性的方法，是表面涂層(表面改性)，其所用涂層材料包括Ni、Ti和其他合金元素。改性結果表明：陶瓷表面的金屬涂層或經表面處理后可以提高固體的表面能，形成陶瓷/金屬涂(鍍)層/金屬界面代替潤濕和結合性不好的陶瓷/金屬界面，從而提高了潤濕性。通常陶瓷表面包覆處理有電鍍、化學鍍和真空處理(蒸發，濺射)。

但是，鎳和銅可用電鍍法在一些薄片上沉積，卻無法在粉末，尤其是不導電的粉末上包覆。化學鍍法在包覆了金屬過程中引進了磷元素。合金元素(尤其是表面活性元素的加入)會顯著影響液態金屬與陶瓷的潤濕性。

一方面，合金元素的加入會降低液態金屬的表面張力和液-固界面能，從而降低潤濕角，改善潤濕性。另一方面。次活性元素都有在表面和界面富集的特性，它們的加入有時會對界面反應有所影響或直接參與界面反應，進而影響潤濕過程。

所以，在金屬基復合材料領域，如何制備出界面結合良好，性能優異的材料，仍然屬于難以克服的技術難題，備受相關研究學者關注。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中存在的陶瓷氧化鋁增強材料潤濕性不佳，改性困難或者改性以后容易團聚而無法充分發揮性能優勢的缺陷，提供一種全新的氧化鋁顆粒和晶須共增強的銅基復合材料。

為了實現上述發明目的，本發明提供一種技術方案：