[发明专利]一种基于diamond曲面的铜/氧化铝复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种基于Diamond曲面的Cu/Al₂O₃复合材料及其制备方法，是一种金属相Cu和陶瓷相Al₂O₃以Diamond结构为基础，在三维空间网络结构连续并且互相缠绕在一起的复合材料。所述制备方法主要包括设计并3D打印Diamond曲面的结构；多孔Al₂O₃陶瓷预制体的制备；金属Cu的浸渗。本发明制备的Cu/Al₂O₃复合材料既具有金属相优良的导电、导热性，又具有陶瓷相的高硬度、耐磨性及化学稳定性。同时Diamond曲面作为一种三周期极小曲面，能有效避免应力集中，增加复合材料的力学能力。同时直接通过设计调整Diamond曲面结构的打印参数，得到复合材料的Cu和Al₂O₃的含量和结构的控制，进而性能优化。使制备的Cu/Al₂O₃复合材料更适合工业的需要。

技术领域

本发明涉及一种Cu/Al₂O₃复合材料的制备方法，具体的涉及一种基于Diamond曲面的Cu/Al₂O₃复合材料及其制备方法

背景技术

Cu的导电导热性能较好，但硬度耐磨性较差，而Al₂O₃陶瓷具有较高的硬度和较好的机械性能，但本身脆性较差。两者在性能上能够互补且增强，使其成为一种综合性能更为优良的新型复合材料。常用的制备方法主要包括：内氧化法、粉末冶金法、机械合金化法、搅拌铸造法，但这些传统方法的缺点是很难匹配强度和韧性，耐磨性和导电性等，很难形成规则的三维连通结构，如为了保证导电性能，需要大量加入Cu形成三维网络导电结构，但是过多的铜会使强度和耐磨性下降，且易产生裂纹，坍塌等缺陷。

发明内容

本发明提供一种基于Diamond曲面的Cu/Al₂O₃复合材料的制备方法，这种三周期极小曲面结构除了具有力学性能好的优点外，还具备光滑连续、三维连通的金属Cu结构，保证导热和导电等性能。通过优化工艺参数，对基于Diamond曲面的金属Cu结构进行控制和调整，可以精确控制Cu/Al₂O₃复合材料的力学性能和导电导热性能。其中，该制备方法包含以下几个步骤：

(1)PLA骨架的制备：利用熔融沉积式3D打印机直接打印所设计的PLA材料的Diamond曲面的三维结构，分层厚度0.1～0.2mm，打印速度60mm/s，周期参数1～4，曲面厚度0.5～2mm。

(2)陶瓷粉体的制备：将Al₂O₃粉，CaO粉，MgO粉，SiO₂粉和TiO₂粉按89.5～93.5：0.3～0.6：0.06～0.09：0.2～0.3：0.5～1.5比例称量混合(所述的陶瓷浆料中Al₂O₃粉，MgO粉，SiO₂粉，CuO粉和TiO₂粉优选质量比为93.5：0.3：0.09：0.21：0.5)，球磨4h后，过筛得到颗粒粒度≤1μm的陶瓷粉体；

(3)陶瓷浆料的制备：将步骤(2)所述的陶瓷粉体倒入去离子水中，粉末与去离子水的质量比1：0.8-1.2。置于滚筒式球磨机中混料2～3h，回转速度80～100r/min，最后加入分散剂1～3wt％阿拉伯树胶，搅拌，在陈腐24h后得到氧化铝陶瓷浆料；