[發(fā)明專利]一種真空熱壓制備二硼化鈦銅基復(fù)合材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110487660.7
• 申請(qǐng)日: 2021-04-30
• 公開（公告）號(hào): CN113278863B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁淑華;石浩;高懷寶;趙陽(yáng);姜伊輝;曹飛;鄒軍濤;肖鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C32/00
• 分類號(hào): C22C32/00;C22C1/10;C22C1/03;B22F9/08;C22C1/04;B22F1/00;B22F3/04;B22F3/14;B07B1/28;H01B1/02
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 涂秀清

本發(fā)明公開了一種真空熱壓制備二硼化鈦銅基復(fù)合材料的方法，以球形TiB₂/Cu復(fù)合粉末為原料，并通過(guò)計(jì)算與理論分析將不同粒徑復(fù)合粉末之間按照一定比例級(jí)配，結(jié)合粉末混雜堆積理論稱量TiB₂/Cu復(fù)合粉末，然后將TiB₂/Cu復(fù)合粉末通過(guò)冷壓模具在四柱式油壓機(jī)上進(jìn)行預(yù)壓制成型，然后采用粉末冶金法將壓坯在真空條件下進(jìn)行熱壓燒結(jié)得到TiB₂/Cu復(fù)合材料。本發(fā)明優(yōu)化了制備的TiB₂/Cu復(fù)合材料中的增強(qiáng)體粗大且會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚偏析的問(wèn)題；改善了TiB₂/Cu復(fù)合材料中銅基體與TiB₂增強(qiáng)體界面結(jié)合弱的問(wèn)題；本發(fā)明制備的TiB₂/Cu復(fù)合材料硬度、導(dǎo)電率、致密度和抗拉強(qiáng)度可達(dá)到92.6HV、89.3％IACS、99.8％和293MPa。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于銅基復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種真空熱壓制備二硼化鈦銅基復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)

隨著航空航天、電力電子、軍事工業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)導(dǎo)電性能優(yōu)良、強(qiáng)度高以及高溫性能穩(wěn)定的銅基材料需求越來(lái)越多。銅基復(fù)合材料克服了傳統(tǒng)銅合金的某些缺點(diǎn)，大大提高了使用溫度范圍，較好地滿足了這種需求，使銅基復(fù)合材料在近年來(lái)得到了較快發(fā)展。早在20世紀(jì)60年代就有研究者開展了向銅基體中加入增強(qiáng)體從而制備出銅基復(fù)合材料的研究，制得的材料既保持了銅基體優(yōu)異的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，又彌補(bǔ)了純銅強(qiáng)度不足的缺點(diǎn)，最終獲得了綜合性能良好的銅基復(fù)合材料。常用的增強(qiáng)體陶瓷顆粒主要包括氧化物、碳化物、氮化物、硼化物，如Al₂O₃、ZrO₂、SiC、WC、TiC、AlN、Si₃N₄、TiB₂等，研究人員發(fā)現(xiàn)TiB₂是硼鈦的唯一穩(wěn)定化合物，相互以共價(jià)鍵結(jié)合。具有高熔點(diǎn)(3253K)、高硬度(30GPa)、高彈性模量(500GPa)，耐磨性好、密度小(4.52g/cm³)、熱膨脹系數(shù)較低(4.6-8.1×10^-6K^-1)和高導(dǎo)電導(dǎo)熱，熱力學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)；因此，制備TiB₂/Cu復(fù)合材料在原理上能夠同時(shí)獲得優(yōu)良的導(dǎo)電性、高強(qiáng)度和優(yōu)異的高溫性能，通過(guò)對(duì)銅材料與TiB₂進(jìn)行合理的配比，可以改善銅材料的綜合性能，被認(rèn)為是極有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的新型功能材料，已逐漸成為銅基復(fù)合材料研究熱點(diǎn)之一。

傳統(tǒng)的粉末冶金原位反應(yīng)法制備的TiB₂/Cu復(fù)合材料，其增強(qiáng)體大多通過(guò)機(jī)械混粉結(jié)合原位生成法在高溫下化學(xué)反應(yīng)生成，增強(qiáng)體粗大且極易出現(xiàn)團(tuán)聚偏析的現(xiàn)象；而通過(guò)外加法制備的TiB₂/Cu復(fù)合材料，由于TiB₂增強(qiáng)體顆粒與銅界面潤(rùn)濕性差且熱膨脹系數(shù)和彈性模量差異較大，從而導(dǎo)致TiB₂/Cu復(fù)合材料中銅基體與TiB₂增強(qiáng)體界面結(jié)合弱。同時(shí)上述兩種方法在制備過(guò)程中容易引入其他雜質(zhì)從而導(dǎo)致界面污染，導(dǎo)致銅基體與增強(qiáng)體界面結(jié)合弱，最終制備的TiB₂/Cu復(fù)合材料綜合性能并不理想，其強(qiáng)度、硬度提升有限，因此難以滿足實(shí)際服役條件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種真空熱壓制備二硼化鈦銅基復(fù)合材料的方法，解決目前現(xiàn)有在制備的二硼化鈦銅基復(fù)合材料中，銅基體與增強(qiáng)體界面結(jié)合弱導(dǎo)致的二硼化鈦銅基復(fù)合材料的強(qiáng)度、硬度及其綜合性能有待進(jìn)一步提高的問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，

一種真空熱壓制備二硼化鈦銅基復(fù)合材料的方法，具體按照如下步驟進(jìn)行：

步驟1：按照原位反應(yīng)TiB₂增強(qiáng)體生成量設(shè)計(jì)銅硼、銅鈦中間合金配比，通過(guò)熔煉、氣霧化得到球形TiB₂/Cu復(fù)合粉末；通過(guò)振動(dòng)篩粉機(jī)將球形TiB₂/Cu復(fù)合粉末篩分為六種不同粒徑TiB₂/Cu復(fù)合材料粉末；