[发明专利]一种氧化铝增强铜基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化铝增强铜基复合材料，其特征在于，按重量百分比包括如下组分：改性陶瓷氧化铝1~6%、石墨2~10%、Ti₃SiC₂ 0.5~5%、镍2~8%、铁2~8%、锡2~10%、铋1~5%、氧化锆0.1~1%、镧0.1~0.5%、余量为铜；所述改性陶瓷氧化铝是经过表面改性处理的Al₂O₃颗粒和经过表面改性处理的Al₂O₃晶须。本发明铜基复合材料使用的Al₂O₃颗粒和Al₂O₃晶须经过十二烷基硫酸钠水溶液表面改性处理，表面改性处理使得陶瓷氧化铝杂质含量明显降低，配合多种金属元素进行辅助协同焊接结构，不但分散良好而且陶瓷氧化铝与铜基体之间的结合牢固，增强促进作用显著，当受到外力作用时，良好的结合界面能更有效地起到载荷转移的作用，降低应力集中，减少缺陷产生。

技术领域

本发明涉及一种铜基复合材料，特别涉及一种氧化铝增强铜基复合材料及其制备方法，属于复合材料的制备技术领域。

背景技术

在金属基复合材料中，铜基复合材料以其优异的导电、导热等性能而被广泛作为电子材料、滑块材料、触头材料、热交换材料等。因此，铜基复合材料的制备方法和性能备受关注。各种陶瓷颗粒增强铜基复合材料、纤维增强铜基复合材料、晶须增强铜基复合材料和碳材料增强铜基复合材料的出现使铜基复合材料的性能得到大大地提高，应用范围也得到很大的扩展。但随着航空航天、电子行业和高铁行业等的快速发展，对铜基复合材料的性能要求越来越高，研究设计性能更加优异的铜基复合材料迫在眉睫。

陶瓷增强相Al₂O₃由于具有高熔点(2054℃)和高沸点(2980℃)，超高的热稳定性以及机械强度，是一种常用的复合材料增强相。采用不同的制备方法，通过控制添加Al₂O₃的数量、形状、尺寸及其在复合材料中的分布，可以制备出适用于不同领域的Al₂O₃增强复合材料。Al₂O₃晶须是一种一维的短纤维状材料，常用尺寸约为长200μm，直径3.5μm的，是一种性能优异的增强材料。Al₂O₃颗粒和Al₂O₃晶须在铝基和镁基复合材料中已经有所应有，在铜基复合材料中应用的报道还比较少。Al₂O₃增强铜基复合材料主要存在两个问题：一是纳米级Al₂O₃颗粒有团聚倾向；二是Al₂O₃与铜基体之间的界面结合性能较差。研究表明，陶瓷与金属之间的润湿性可通过表面涂层和添加合金元素等方法进行改善。

石墨和Ti₃SiC₂都具有片层状结构，具有很好的润滑性，是常用的固体润滑剂，将其作为增强相加入到复合材料中可以显著改善复合材料的自润滑性，大大提高复合材料的摩擦磨损性能，在滑块、刹车片和碳刷等摩擦材料方面具有很好的应用前景。合金化可以显著提高材料的强度，改善陶瓷增强相与金属基体之间的润湿性，增强界面结合强度。目前，部分学者开始研究多相增强复合材料，发现采用合理的成分配比和制备方法可以制备得到兼具不同增强相优点，综合性能优异的多相共增强复合材料。这为复合材料的设计和制备提供了新的思路，但仍存在许多问题急需解决。

中国专利申请201710053188.X公开了一种制备氧化铝增强铜基复合材料的方法，首先使用轧制变形复合法得到内部含有不同体积分数氧化铝颗粒增强体铜基复合材料，然后采用放电等离子烧结对样品进行处理，获得高致密度氧化铝颗粒增强铜基复合材料。该复合材料具有良好的硬度、塑韧性和导电性能，硬度最高可达纯铜的2.9倍，电导率最高可达79％IACS，在高耐磨导电材料领域具有良好的应用前景。