[发明专利]一种铜基二氧化硅复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铜基二氧化硅复合材料及其制备方法，属于金属材料及其制备技术领域。该复合材料的质量百分比组成为：锡：0.5～10％，石墨：10～25％，二氧化硅：2～8％，纳米二氧化硅：0～2％，余量为铜。制备步骤为：配料―球磨―混料―冷压成型―加压烧结―成品。本发明所制备的铜基复合材料抗拉强度高于300MPa，屈服强度和常用的铜基三氧化二铝复合材料相当，磨损率低于1×10^‑9cm³·J^‑1，耐热系数高于35000，耐热性及耐磨性能比铜基三氧化二铝复合材料更好，因此该材料制作的耐磨零件可满足产品或设备在较高温度条件下长期正常工作的需求。

技术领域

本发明涉及一种铜基二氧化硅复合材料及其制备方法，特别涉及一种在高温高摩擦环境下使用的合金及其制备方法，属于金属材料及其制备技术领域。

背景技术

铜基复合材料由于其良好的耐磨性、导热性等，被用作飞机、汽车、轮船和工程机械等的刹车及制动装置，广泛用于机电、宇航、微电子等高技术领域。国内外对高温下应用的铜基复合材料的研究由来已久，并已形成了铜基复合氧化物、碳化物、硼化物和氮化物等工业化系列产品。

随着设备向高速、重载方向发展，对铜基摩擦材料的耐磨性和耐热性提出了更高要求。铜基复合材料的研究结果表明：采用纳米Al₂O₃、纳米ZrO₂等纳米级氧化物作为弥散增强相制备出的铜基纳米复合材料，利用颗粒增强技术在软韧的Cu基体中形成弥散分布的硬质点来提高材料的强度、耐磨性，同时能够保持铜本身高导热性能，提高抗高温软化特性，达到导电和强度、耐磨性能综合提高的效果，具有其它强化方法无法比拟的优点。因此，将纳米氧化物材料应用于铜基耐磨材料，为改善耐磨材料的摩擦学性能提供了新途径。

根据国内外资料，目前研究较多的是Cu/Al₂O₃复合材料。纳米SiO₂(n-SiO₂)由于其特殊的结构且具有质量轻、耐磨、耐高温、耐腐蚀及热膨胀系数小等特性，其导热、导电性能尽管有所下降，但仍保持在较高的水平，并且其价格仅为纳米Al₂O₃的一半。然而，由于n-SiO₂极易团聚，在铜基体中不易均匀分散，导致制备出的SiO₂增强铜基复合材料性能与Cu/Al₂O₃复合材料相比并无优势，因此将n-SiO₂作为增强相用于铜基体的研究还不多见。

近年来，铜基复合材料作为耐磨零件被越来越多地应用在各个领域。因此，研发出一种在高温环境下使用的具有较高强度、高耐磨性、低成本的铜基二氧化硅复合材料，使之应用于航空航天、汽车等领域高温环境用制动零部件的制造，对提高产品质量及设备使用寿命等均有重大的意义。

发明内容

本发明所要解决的第一个问题是提供一种具有优异力学性能、耐磨耐热性能、高导电、低密度的铜基二氧化硅复合材料，使之用于航空航天、车辆交通、微电子等行业领域。

本发明所要解决的第二个问题是提供一种具有优异力学性能、耐磨耐热性能、低密度、高导电铜基二氧化硅复合材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铜基二氧化硅复合材料，即一种纳米二氧化硅增强铜基复合材料，其质量百分比组成为：锡：0.5～10％，石墨：10～25％，二氧化硅：2～8％，纳米二氧化硅：0～2％，余量为铜。

优选的，上述铜基复合材料的质量百分比组成为：锡：1～5％，石墨：17～20％，二氧化硅：3～6％，纳米二氧化硅：0.3～1.5％，余量为铜。

其中，不可避免的杂质的质量百分比≤0.1％。

以上各组分元素在复合材料中所起的作用如下：