[發明專利]一種高強高塑彌散強化銅基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201811273158.0
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109136615B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 黃斐;楊斌;汪航
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C9/00;C22C32/00
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司 11003
• 代理人: 張永革

本發明公開了一種高強高塑彌散強化銅基復合材料的制備方法，通過采用多步球磨與多步氣相還原及放電等離子燒結技術相結合的方式，合理的控制工藝，可實現納米陶瓷顆粒在超細晶銅基體中彌散分布。該方法為一種全新的銅基復合材料制備方法，克服了直接外加納米強化相顆粒與銅粉混合過程中無法有效地實現納米強化相在基體內均勻分散的問題，并可獲得力學性能優異導電性能良好的陶瓷顆粒彌散強化銅基復合材料。

技術領域

本發明涉及銅基復合材料技術領域，特別是涉及一種高強高塑彌散強化超細晶銅基復合材料，以及該材料的制備方法。

背景技術

顆粒彌散強化銅基復合材料是一種通過人工設計與合成的方式，將銅的優良導電和導熱性能與具有高硬度、高強度、高耐磨性和高溫熱穩定性強的強化相顆粒相結合，制備出能夠滿足不同工程需求的高性能材料。但如何有效實現銅與強化相顆粒之間性能的優良結合一直是研究的難點之一。其中一個重要的影響因素是如何使納米級的陶瓷相顆粒均勻的分散于基體之中。

目前，能較好地實現納米陶瓷顆粒均勻分散在銅基中方法為原位合成法。專利公開號：CN106521205A，公開日：2017年3月22日公開的專利技術：將Cu-x Al(x=0.2～0.6%)合金粉與Cu₂O進行混合后冷壓成型再燒結，燒結過程中發生內氧化反應，制備出納米Al₂O₃均勻分布于銅基體中的復合材料。專利公開號：CN102031401A，公開日：2011年4月27日公開的專利技術：以硝酸鋁溶液和硝酸銅溶液混合后加入螯合劑檸檬酸制得凝膠，再加熱自然蔓延得到納米氧化鋁與氧化銅色粉末，隨后氣氛還原再壓制燒結成型制得Cu- x Al₂O₃(x=0.15～3%)復合材料。上述原位合成制備銅基復合材料的方法中，強化相體積分數普遍較低，且隨著強化相體積分數的增加，工藝控制難度會逐漸加大，易出現原位生成的強化相局部粗化現象，從而不利于強化相在基體內均勻分布，并最終對產品的性能穩定性產生影響。因此，如何實現高體積分數下強化相顆粒在基體中均勻分布，在保持較為良好的導電性能基礎上進一步提升銅基復合材料力學性能，對開發新型高強高導銅合金具有重要的戰略意義。

發明內容

為了解決納米陶瓷顆粒在基體中的彌散問題，本發明所提供了一種高強高塑彌散強化超細晶銅基復合材料的方法，該方法可以有效實現納米陶瓷顆粒在超細晶銅基體內的彌散分布，在具備良好的導電率同時，實現力學性能和高溫抗軟化性能的顯著提升。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案實現：

一種高強高塑彌散強化銅基復合材料的制備方法，包括如下步驟：

1）將銅氧化物粉、陶瓷強化相粉按比例混合,獲得混粉；

2）將上述混粉、硬質合金球以及無水乙醇裝入硬質合金球磨罐中；

3）將球磨罐放入行星球磨機中進行第一次高能球磨，獲得納米陶瓷強化相在納米銅氧化物中均勻分散的前驅粉；

4）將前驅粉放入石英管式爐中，抽真空，升溫至保溫溫度點后通入還原性氣體CO，對前驅粉體進行一次還原，保溫結束后，隨爐冷卻至室溫，得到銅粉與陶瓷顆粒均為納米尺度的一級銅基復合粉；

5）步驟4）的一級銅基復合粉與過程控制劑按一定比例混合后，再與硬質合金球裝入硬質合金球磨罐；

6）將球磨罐放入行星球磨機中中進行二次球磨，獲得納米陶瓷強化相彌散分布于微米銅粉上的銅基復合粉；

7）步驟6）的銅基復合粉放入石英管式爐中，抽真空，升溫至保溫溫度點后通入還原性氣體H₂，進行二次深度還原，保溫結束后，隨爐冷卻至室溫，得到二級銅基復合粉；

8）將裝有二級銅基復合粉的石墨模具放入放電等離子燒結爐內進行燒結，冷卻后，得到納米陶瓷顆粒彌散強化銅基復合材料。