[发明专利]一种TiN/Ti5

说明书

本发明提供了一种TiN/Ti₅Si₃混杂增强铜基复合材料及其制备方法，属于铜基复合材料制备技术领域。本发明以Si₃N₄粉和钛粉为原料，在氩气气氛下热压烧结得到混合压块，将其压入高温铜熔体中，使Si₃N₄与钛在铜熔体中直接反应生成TiN和Ti₅Si₃。随着Ti₅Si₃的生成，TiN与铜熔体之间的润湿性得到改善，所获得的Ti₅Si₃分布规律，TiN尺寸均匀可控，并在Ti₅Si₃骨架之间弥散分布。使复合材料的性能有很大的提高。

技术领域

本发明涉及铜基复合材料制备技术领域，尤其涉及一种TiN/Ti₅Si₃混杂增强铜基复合材料及其制备方法。

背景技术

铜是应用最广泛的金属之一，纯铜虽然具有优良的塑性和导电、导热性，但是其较低的硬度、强度和耐磨性使其不能满足在特殊环境下的工作要求。常见的铜基复合材料都只是在铜基体中添加单一的增强相去改善铜基体的性能，但是单一的增强相无法具备我们所需要的全部性能，从而使得复合材料力学性能满足不了要求。

TiN由于具有高的熔点、硬度及弹性模量等，是金属基复合材料理想的增强体，在Cu、Fe、Ti、Al等金属基复合材料中得到广泛的应用。在专利CN107675012A 中公开了一种高强高导和优良的抗软化性能的铜合金，该方法以铜钛合金粉为原料，在含氮气氛下将铜钛合金粉表面氮化，通过高温扩散，在铜钛合金粉末内部原位生成氮化钛，经过冷等静压成型、烧结—热挤压组合致密化工艺，获得纳米氮化钛弥散强化铜。

目前，TiC/Ti₅Si₃增强铜基复合材料制备研究较为广泛，TiC尺寸均匀可控，并均匀分布在Ti₅Si₃之间。在专利CN107021491A中公开了一种高强度高导电铜基复合材料的制备方法，以石墨粉或炭黑或碳纳米管或石墨烯等碳单质材料为碳源，利用熔体中碳单质与钛自生反应合成TiC制备TiC/Ti₅Si₃增强铜基复合材料，制备工艺简单、成本低、效率高。TiC颗粒分布在Ti₅Si₃之间，增强体与基体界面结合良好，实现了颗粒与纤维的复合增强。

由于TiN颗粒本身比表面能大，在基体中偏聚现象明显，且与金属基体之间的界面结合效果不好。而Ti₅Si₃不仅在铜熔体中具有良好的分散性，并且Ti₅Si₃能够帮助TiN颗粒在Cu基体中的分散，TiN与Ti₅Si₃颗粒密度和热膨胀系数均较为接近，故两者有着很好的结合能力，可用来作为混杂增强相，使得制备的Cu基复合材料具有更好的物理化学性能。因此，开发一款TiN/Ti₅Si₃增强铜基复合材料的工艺及产品对金属材料制备技术领域具有积极的意义，丰富了TiN的应用场景，也为铜基复合材料的研究发展提供了新的思路。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种TiN/Ti₅Si₃混杂增强铜基复合材料及其制备方法，该制备方法以Si₃N₄粉和钛粉为原料，在氩气气氛下热压烧结得到混合压块，将其压入高温铜熔体中，使Si₃N₄与钛在铜熔体中直接反应生成TiN和Ti₅Si₃。随着Ti₅Si₃的生成，TiN与铜熔体之间的润湿性得到改善，所获得的Ti₅Si₃分布规律，TiN尺寸均匀可控，并在Ti₅Si₃骨架之间弥散分布。