[发明专利]一种高强高塑弥散强化铜基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高强高塑弥散强化铜基复合材料的制备方法，通过采用多步球磨与多步气相还原及放电等离子烧结技术相结合的方式，合理的控制工艺，可实现纳米陶瓷颗粒在超细晶铜基体中弥散分布。该方法为一种全新的铜基复合材料制备方法，克服了直接外加纳米强化相颗粒与铜粉混合过程中无法有效地实现纳米强化相在基体内均匀分散的问题，并可获得力学性能优异导电性能良好的陶瓷颗粒弥散强化铜基复合材料。

技术领域

本发明涉及铜基复合材料技术领域，特别是涉及一种高强高塑弥散强化超细晶铜基复合材料，以及该材料的制备方法。

背景技术

颗粒弥散强化铜基复合材料是一种通过人工设计与合成的方式，将铜的优良导电和导热性能与具有高硬度、高强度、高耐磨性和高温热稳定性强的强化相颗粒相结合，制备出能够满足不同工程需求的高性能材料。但如何有效实现铜与强化相颗粒之间性能的优良结合一直是研究的难点之一。其中一个重要的影响因素是如何使纳米级的陶瓷相颗粒均匀的分散于基体之中。

目前，能较好地实现纳米陶瓷颗粒均匀分散在铜基中方法为原位合成法。专利公开号：CN106521205A，公开日：2017年3月22日公开的专利技术：将Cu-x Al(x=0.2～0.6%)合金粉与Cu₂O进行混合后冷压成型再烧结，烧结过程中发生内氧化反应，制备出纳米Al₂O₃均匀分布于铜基体中的复合材料。专利公开号：CN102031401A，公开日：2011年4月27日公开的专利技术：以硝酸铝溶液和硝酸铜溶液混合后加入螯合剂柠檬酸制得凝胶，再加热自然蔓延得到纳米氧化铝与氧化铜色粉末，随后气氛还原再压制烧结成型制得Cu- x Al₂O₃(x=0.15～3%)复合材料。上述原位合成制备铜基复合材料的方法中，强化相体积分数普遍较低，且随着强化相体积分数的增加，工艺控制难度会逐渐加大，易出现原位生成的强化相局部粗化现象，从而不利于强化相在基体内均匀分布，并最终对产品的性能稳定性产生影响。因此，如何实现高体积分数下强化相颗粒在基体中均匀分布，在保持较为良好的导电性能基础上进一步提升铜基复合材料力学性能，对开发新型高强高导铜合金具有重要的战略意义。

发明内容

为了解决纳米陶瓷颗粒在基体中的弥散问题，本发明所提供了一种高强高塑弥散强化超细晶铜基复合材料的方法，该方法可以有效实现纳米陶瓷颗粒在超细晶铜基体内的弥散分布，在具备良好的导电率同时，实现力学性能和高温抗软化性能的显著提升。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种高强高塑弥散强化铜基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1）将铜氧化物粉、陶瓷强化相粉按比例混合,获得混粉；

2）将上述混粉、硬质合金球以及无水乙醇装入硬质合金球磨罐中；

3）将球磨罐放入行星球磨机中进行第一次高能球磨，获得纳米陶瓷强化相在纳米铜氧化物中均匀分散的前驱粉；

4）将前驱粉放入石英管式炉中，抽真空，升温至保温温度点后通入还原性气体CO，对前驱粉体进行一次还原，保温结束后，随炉冷却至室温，得到铜粉与陶瓷颗粒均为纳米尺度的一级铜基复合粉；

5）步骤4）的一级铜基复合粉与过程控制剂按一定比例混合后，再与硬质合金球装入硬质合金球磨罐；

6）将球磨罐放入行星球磨机中中进行二次球磨，获得纳米陶瓷强化相弥散分布于微米铜粉上的铜基复合粉；

7）步骤6）的铜基复合粉放入石英管式炉中，抽真空，升温至保温温度点后通入还原性气体H₂，进行二次深度还原，保温结束后，随炉冷却至室温，得到二级铜基复合粉；

8）将装有二级铜基复合粉的石墨模具放入放电等离子烧结炉内进行烧结，冷却后，得到纳米陶瓷颗粒弥散强化铜基复合材料。