[發明專利]類貝殼仿生結構的TiCx

在審

• 申請號: 202310469190.0
• 申請日: 2023-04-27
• 公開（公告）號: CN116516210A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 張健;劉增乾;張哲峰;謝曦;楊銳;徐大可
• 申請（專利權）人: 東北大學;中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C29/10;C22C29/06;B22F3/14;C23C10/28
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發明的類貝殼仿生結構的TiCsubgt;x/subgt;增強銅基復合材料及制備方法，屬于銅基電接觸材料技術領域。該銅基復合材料是由陶瓷相TiCsubgt;x/subgt;和基體銅組成，TiCsubgt;x/subgt;的體積分數為45?65％，余量為銅。其制備方法為：通過熱壓燒結將微納米片狀Tisubgt;3/subgt;AlCsubgt;2/subgt;致密化，得到類貝殼仿生結構的Tisubgt;3/subgt;AlCsubgt;2/subgt;塊體，然后采用保護氣體或真空條件，在高溫環境下與銅進行原位反應擴散，原位生產片狀TiCsubgt;x/subgt;增強的銅基復合材料且在微觀上表現為類貝殼“磚?泥”結構，該結構具有高強韌化機制，有利于提高材料的力學性能且銅基體保持良好的連通性，有利于電子傳輸，提高電導率，該材料有望在電氣開關、斷路器、接觸器等方面得到實際應用，對于保障電流的安全高效傳輸、促進節能降耗等具有重要意義。

技術領域

本發明屬于銅基電接觸材料技術領域，特別涉及類貝殼仿生結構的TiC_x增強銅基復合材料及制備方法。

背景技術

材料強韌化與結構-功能一體化不僅是國際科學前沿，也是國民經濟等重要領域需求，但材料的強度、韌性、電導率等不同性能之間往往相互制約，并且隨著復雜的服役環境對材料性能的要求越來越高，傳統材料制備方法對成分和組織結構可設計和調控的空間也越來越小，因此亟需探索新的方法。類貝殼結構被認為是設計高強度、高韌性材料的靈感來源，這些突出的力學性能主要歸因于典型“磚-泥結構”中文石片和有機基質之間的相互作用。因此，開發具有類貝殼結構的銅基復合材料，使其不僅具有高強韌、高硬度等力學性能，還具有良好導電、導熱等熱物性能，這對于銅基電接觸材料的應用具有重要意義。

Ti₃AlC₂是一種三元納米層狀金屬陶瓷復合材料，同時存在著共價鍵、離子鍵和金屬鍵，因此兼具有金屬和陶瓷的特性，如陶瓷的高熔點、高模量、耐高溫、低密度以及金屬的導電性、可加工性等性能。此外，相比于其他陶瓷陶瓷相材料(如Al₂O₃、SiC等)，Ti₃AlC₂與銅之間能發生潤濕性原位反應，可作為銅基復合材料的理想陶瓷相。因此，通過熱壓燒結對微納米片狀Ti₃AlC₂粉體實現類貝殼仿生結構Ti₃AlC₂塊體材料，再將Ti₃AlC₂塊體材料和金屬銅放置于具有保護氣體的高溫爐中進行原位擴散處理，最后得到具有類貝殼仿生結構的片狀TiC_x增強銅基復合材料。

目前，關于以具有仿生類貝殼結構的陶瓷增強銅基復合材料及其制備方法，專利1(CN109524251A)公開了一種鈦元素改性Ti₃AlC₂增強銅基電觸頭的制備方法及其應用；專利2(CN113512658A)公開了一種抑制Ti₃AlC₂分解用Ni摻雜Ti₃AlC₂/Cu復合材料及其制備方法；專利3(CN112935250A)公開了受電弓滑板用的Cu與Ti₃AlC₂功能梯度材料及其制備方法；專利4(CN114427049A)公開了一種Cu-TiCx復合材料及其制備方法。