[发明专利]一种3D打印空间结构增强铜基复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种3D打印空间结构增强铜基复合材料的制备方法，属于复合材料领域。本发明所述方法为利用绘图软件建立三维空间结构模型，将三维模型进行数据处理导入到激光选区熔化的金属3D打印机中，打印获得空间结构增强体；将空间结构增强体从3D打印机取出，依次进行分离、清洗、干燥，将干燥后的空间结构增强体安置在铸型或模具中；将熔炼后获得的铜液浇入放置有空间结构增强体的铸型或模具中，凝固冷却成形后即可获得空间结构增强的铜基复合材料。本发明能够获得增强体结构分布可控、性能大范围可调的空间结构增强铜基复合材料，且增强体与基体三维空间形成网络互穿结构，强化增强体与基体的结合，在充分利用铜或铜合金基体良好塑韧性和导电性的同时，最大限度发挥增强体增强作用。

技术领域

本发明涉及一种3D打印空间结构增强铜基复合材料的制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

铜有良好的导电、导热性能和加工性能，被广泛应用。然而纯铜强度、硬度和耐磨性低，难以满足现代科技和工业发展的需求。改善铜性能尤其是机械性能的主要途径是合金化和制备铜基复合材料。其中，铜基复合材料能够在更大范围、更方便地调控或获得合金化难以实现的性能。改变增强体的结构分布和性能是调控铜基复合材料性能的主要方法。与颗粒增强复合材料相比，空间结构增强复合材料能更好发挥增强体的性能，并能在大范围实现复合材料性能的调控，具有凸出的优点。

现有的空间结构增强铜基复合材料,通过粉末冶金或烧结方法制备陶瓷预制体，或者化学气相沉积等方法制备泡沫石墨烯骨架。这些方法制得的增强体精度不高，很难实现增强体结构的有效控制，无法准确调控铜基复合材料的性能。中国发明专利CN101899585A公开了通过将金属粉末与硬质合金颗粒在模具中烧结获得具有特定形状增强体，然后将金属液渗入获得复合材料耐磨件的方法，但是，这一发明涉及的增强体制备工艺复杂，且只能制造简单的柱状、条状、块状、蜂窝状等增强体，凝固后获得的仍然为颗粒增强复合材料。中国发明专利CN105603248A通过在后处理过的泡沫骨架上通过化学气相沉积原位生长石墨烯膜或强化层获得增强体，然后在增强体表面制备一层改性层，采用压力熔渗技术与铜基体复合获得石墨烯骨架增强的铜基复合材料。该方法工艺过程繁琐,制得的泡沫石墨烯骨架结构类型较少，难以大范围有效调控复合材料性能。

3D打印不需要模具，能够实现复杂结构的直接成形，制备出传统工艺无法加工的空间构型。但公开的结果中，均使用3D打印制备塑料前置体，再通过复杂工艺获得增强体，增强体本身不具备结构强度，且结构精度控制困难。中国发明专利CN104874768A利用3D打印机先打印出空间结构塑料模板后，再将陶瓷颗粒和粘接剂配成浆料，灌注入塑料模板的空间结构间隙中；然后高温下去除塑料再获得空间结构陶瓷增强体；最后利用真空吸铸、挤压铸造等技术制备出金属基复合材料。这种方法制备的增强体实际上是颗粒粘结而成，本身不具备结构强度，增强体具有一定的空间构型，但精确度不高，制备的复合材料是具有一定空间结构分布特征的颗粒增强复合材料。中国发明专利CN105256160A利用3D打印机将按比例混合均匀的ZrO2陶瓷粉体和Ni基合金粉末在预定的打印参数和退火条件下制得陶瓷基镍合金复合材料制件。该方法只能制得一定强度的成形制件，全部过程使用3D打印完成，制造周期长，成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印空间结构增强铜基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）利用绘图软件建立三维空间结构模型，将三维模型进行数据处理导入到激光选区熔化的金属3D打印机中，打印获得空间结构增强体；

（2）将空间结构增强体从3D打印机取出，依次进行分离、清洗、干燥，将干燥后的空间结构增强体安置在铸型或模具中；

（3）将熔炼后获得的铜液浇入放置有空间结构增强体的铸型或模具中，凝固冷却成形后即可获得空间结构增强的铜基复合材料。