[發明專利]一種非連續層狀雙金屬復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210432823.6
• 申請日: 2022-04-21
• 公開（公告）號: CN114850471A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 韓鐵龍;宋曉艷;侯超;李昱嶸
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B22F1/17
• 分類號: B22F1/17;B22F3/14;B22F9/04;B22F3/105
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種非連續層狀雙金屬復合材料及其制備方法，屬于金屬材料領域。以金屬粉A為原料，通過液相球磨的方法制備出具有較大長徑比的片狀A粉；之后，采用化學鍍的方法在片狀A粉表面鍍覆B金屬，制備得到B包覆A的復合粉末；最后，將得到的片狀復合粉末置于模具中震蕩、隨后進行真空壓力燒結即可。在復合材料中A相以納米/微米級厚度的層片結構有取向地、均勻地分布于B相中，二者呈現疊層分布特征，且B相呈三維連通分布。該結構的雙金屬復合材料呈現顯著的各向異性，既具有層狀結構強韌性好的優點，又在各個方向上均具有較高的導電導熱性，其在沿A片層方向上的傳導性能遠超的同成分的其他雙金屬復合材料。

技術領域

本發明屬于粉末冶金技術和難熔金屬材料領域，具體涉及一種非連續層狀雙金屬復合材料及其制備方法。

背景技術

由AB兩種金屬或其合金組成的雙金屬復合材料(A一般為鈮、鉬、鉭、鎢、鈦、鋯等難熔金屬，B一般為銅、銀、鐵、鎳等傳導性較好的金屬，如鎢銅、鉬銀、鋯銅、鐵鈦等)兼具B的高導電、高導熱以及A的高硬度、耐電弧侵蝕、低熱膨脹等優點，被廣泛用于各種電接觸材料、電極材料、熱沉材料、封裝材料及軍事裝備等領域。這些領域一般要求復合材料兼具較高的力學性能和傳導性能。然而目前商用粗晶復合材料的力學性能較低；超細晶或者納米晶復合材料的力學性能雖然有所提高，但其傳導性能均發生了不同程度的下降。因此，亟需新的設計思路和制備方法來提高雙金屬復合材料的綜合性能，從而滿足不斷發展的高新技術領域的要求。

目前，雙金屬復合材料的主要制備方法及其結構性能如下。采用預燒結制備A骨架，隨后熔滲B金屬制備的雙金屬復合材料，其傳導性能較高，但是力學性能較低，其中的A相和B相晶粒尺寸較為粗大、兩相相互穿插、均勻分布。采用化學法或機械合金化(機械球磨)法獲得雙金屬復合粉末，隨后燒結制備的雙金屬復合材料，其力學性能較粗晶鎢銅復合材料提高，但是傳導性能有所下降，其中的AB兩相晶粒尺寸從納米到微米不等、也呈均勻分布狀態。采用化學鍍或者電鍍工藝制備B包覆A的雙金屬復合粉，隨后燒結制備的雙金屬復合材料，具有較高的傳導性能，力學性能受到A相的顆粒尺寸影響，其中的B相呈三維網絡狀分布，A相呈顆粒狀均勻分布，且一般較為粗大。瑞士納米冶金實驗室的André利用一種基于冰模板的方法制備了鎢(A相)骨架，隨后滲銅(B相)制備的鎢銅復合材料表現出各向異性，其中銅相在某一方向上存在連續通道，但是鎢相的尺寸較粗大，導致其雖然在特定方向上電導率有所提高，但是力學性能仍然不高。上海工程技術大學的Duan等人利用鎢(A相)纖維壓坯燒結制備了鎢骨架，隨后通過滲銅(B相)制備的鎢銅復合材料，其中鎢相為連續纖維狀分布，鎢纖維尺寸一般在幾十到幾百微米范圍，由于鎢纖維的尺寸難以細化，因此該種復合材料力學性能不高。中國中科院的Zhang等人以通過對鎢網(A相)進行疊層排布并冷壓預制胚體，隨后滲銅(B相)制備的鎢銅復合材料也表現出一定的各向異性，但是含銅量較高，導致其力學性能一般，其中鎢相為網絡狀層狀分布。國內外也有采用A箔和B箔疊層熱壓的方法制備連續層狀復合材料，也可通過累積疊軋的方法制備AB的連續層狀復合材料，該材料也表現出明顯的各向異性，但是其中的A相層厚度一般在幾百微米級別，受制備工藝限制難以進一步薄化。此外，采用磁控濺射的方法可以制備出納米級別的AB層狀復合材料，其表現出出色的力學性能，但是該方法難以實現產業化制備。

針對上述存在問題和結構特點，我們在綜合考慮雙金屬復合材料性能以及規模化制備的基礎上提出了一種顯著區別于現有均勻結構、A纖維增強結構和連續層狀結構等的新型結構——非連續層狀異質結構。在具有該結構的AB復合材料中，A相以納米/微米級厚度的層片結構有取向地、均勻地分布于B相中，二者呈現疊層分布特征，且B相呈三維連通分布。該結構的AB復合材料呈現顯著的各向異性，既具有層狀結構強韌性好的優點，又在各個方向上均具有較高的導電導熱性，其在沿A片層方向上的傳導性能遠超目前報道的同成分的其他構型復合材料。目前，國內外均未有關于非連續層狀異質結構雙金屬復合材料及其制備方法的研究報道。基于以上背景，本發明提出了一種具有非連續層狀異質結構的雙金屬復合材料，并提出了一種利用粉末冶金工藝制備非連續層狀異質結構雙金屬復合材料的新方法，實現了結構成分可調可控、組織宏觀均勻、具有優異的強韌匹配性以及導電導熱性的各向異性雙金屬復合材料的宏量制備。

發明內容