[發明專利]一種TiCx-Al2O3/Cu基復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201811550644.2
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109355528A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 李曉閑;張雪輝;嚴仰先
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/05;C22C1/10;B22F9/04;B22F3/02;B22F3/04;B22F3/10;B22F3/23
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 麥春明

本發明公開了一種TiC_x?Al₂O₃/Cu基復合材料及其制備方法和應用。一種TiC_x?Al₂O₃/Cu基復合材料，由以下質量百分比的原料制備得到：1％～5％Ti₂AlC粉；1.5％～7.5％Cu₂O粉；0.5％聚乙烯醇；Cu粉為余量；以上原料配比之和為100％。一種TiC_x?Al₂O₃/Cu基復合材料的制備方法，具體按照以下步驟進行：步驟S1、配料；步驟S2、混料；步驟S3、壓制成型；步驟S4、燒結，得到TiC_x?Al₂O₃/Cu基復合材料。本發明的TiC_x?Al₂O₃/Cu基復合材料具有一定的強度硬度、塑性以及良好的導電性能和成型性能；還具有一定的抗腐蝕、耐高溫、抗氧化性能。

技術領域

本發明屬于銅基復合材料技術領域，特別是涉及一種TiC_x-Al₂O₃/Cu基復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

銅及其合金由于具有優良的導電導熱、耐腐蝕及機械加工性能，已被廣泛應用于航空航天、電子信息、軌道交通等關鍵領域，顆粒增強銅基復合材料作為銅及其合金的重要組成部分，受到了眾多科研工作者的普遍關注，其中尤以TiC/Cu基復合材料的研究較為廣泛。但是，作為該類復合材料明確應用背景的許多領域，諸如電磁炮導軌材料、大功率雷達部件、ITER垂直靶材散熱片、電氣化鐵路架空導線以及汽車自動化焊接電極等，對其力電性能提出了非常嚴峻的考驗。

然而，現行的TiC/Cu基復合材料難以同時滿足這些特殊性能上的要求，具體體現在：TiC和Cu的相互溶解度很小，TiC/Cu之間的浸潤性較差，即使在高溫條件下潤濕角仍然較大，導致TiC易于在晶界處析出，不利于形成牢固的界面結合，且細小TiC顆粒表面活性大，極易團聚，難以在基體中均勻分散，達不到很好的改性效果。

非化學計量比TiC_x陶瓷在保持結構相對穩定的前提下允許有大量的空位存在，不但保持了正常計量比TiC陶瓷原有的優良本征特性，而且具有良好的表面活性和浸潤性(JMHowe.International Materials Reviews,1993,38:233-256.)。如果將其作為增強體加入到銅基體中，有望從根本上解決增強體分散和增強體/銅基體之間的界面結合問題，使復合材料綜合性能顯著提升。

TiC/Cu基復合材料的主要短板不是強度而是其相對較低的塑性和導電性。一種同時提高復合材料強度、塑性和導電性的方法是合理調控增強體顆粒的大小及其在金屬基體中的分布。有研究者指出，通過控制MAX相(Ti₂AlC、Ti₂SnC等)/金屬基體體系的原位反應過程，可以在基體內部原位自生彌散細小的非化學計量比TiC_x顆粒，復合材料組織界面潔凈，塑性和導電性能顯著提升(M Q Li.Journal of Alloys and Compounds,2015,625:186-194.)。MAX相即三元層狀的M_n+1AX_n，M_n+1AX_n是一種新型的銅基復合材料的增強顆粒，其中M代表過渡族金屬，A代表第三或第四主族的元素，X代表C或N元素。M_n+1AX_n陶瓷有著相似地結構，同屬于六方晶體結構。因此，若以原位自生非化學計量比TiC_x陶瓷作為增強體，輔以合理調控增強體的尺寸大小及分布，深入揭示復合界面和復合組織形成機制及演化規律，有望實現力學性能、導電性能以及摩擦磨損性能等的良好匹配。同時，為了克服單一強化組元增強銅基復合材料在性能上存在的不足，采用TiC_x之外的其他顆粒作為混雜增強相，充分發揮其協同作用來提高合金的綜合性能成為了該類復合材料的重要思路。