[发明专利]一种紫铜颗粒增强镁基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种紫铜颗粒增强镁基复合材料及其制备方法，具体涉及镁基复合材料领域，包括原料按重量百分比计包括纯镁或镁合金基体90wt％‑97.5wt％和Cu辅材2.5wt％‑10wt％。本发明制备的紫铜颗粒增强镁基复合材料，发挥出了紫Cu的高导热、高模量等特性，避免了合金化带来的缺陷，同时采用40微米级球形紫Cu颗粒，克服了传统陶瓷颗粒与纤维、晶须增强镁基复合材料的低导热缺陷，以及在室温250±50℃温度室温至温成型，属于低温度制备和加工变形，可以避免Mg‑Cu发生化学反应生成化合物，并有效节约能源，降低成本，有效提高了复合材料的物理性能和力学性能，同时保留了镁轻质与高导热特性，拓宽了其作为功能‑结构材料的应用领域。

技术领域

本发明涉及镁基复合材料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种紫铜颗粒增强镁基复合材料及其制备方法。

背景技术

镁与镁合金是目前为止密度最小的金属结构材料，约为1.7-1.8g/cm³，不仅如此，镁还拥有优异的导热性能，纯镁的热导率为156W/(m·k)，目前常用的散热材料为铜及铜合金，铝及铝合金，镁及镁合金，然而铜、铝合金的密度却都比镁更高，镁的密度约为铜的1/5，铝的2/3，为了适应目前电子3C产品对轻质量的追求，镁因其低密度的特性作为散热材料具有独特的优势。

当前关于高功能性镁合金和镁基复合材料的研发主要有两种思路：(1)传统的合金化思路。比如为了获得高导热性能镁合金，就将具有极高导热性能的银(Ag)、铜(Cu)等金属，按照合金化方式，溶解于镁(Mg)或镁合金(Mg alloy)基体中，形成所谓的Mg-Ag或Mg-Cu系合金。由于Ag或Cu是以离散原子形式与Mg形成置换固溶体，或间隙固溶体，使得Ag或Cu失去了Ag-Ag或Cu-Cu原子相邻，高速传播热(声子、电子)的基本特性，因而往往不能得到高的导热性能，一般只是略有提高，发挥不出Ag或者Cu的超高热导性能。(2)采用具有超高导热性能的陶瓷颗粒或纤维、晶须、长丝或短丝，与镁或镁合金形成复合材料，以实现高热导率。但是这些增强物由于尺度太小(已经经过大量研究和产业化材料或产品证明了，颗粒度越小，力学性能越高；纤维或丝直径越小，复合材料力学性能越高)，因而丧失了其超高导热性能，或者由于纤维材料的热学性能的强烈各向异性，从而导致复合材料的热导率较低，甚至低于单一基体镁或镁合金，不能达成高热导率的目标。

在电子信息系统、机械装备系统中，要求材料不仅能够满足轻量化要求，还需要拥有良好的散热性能与力学性能。因此开发一款具有轻量化特性，又具有高热导率与良好力学性能的镁基复合材料，是目前镁质新材料开发的重要方向。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种紫铜颗粒增强镁基复合材料及其制备方法，本发明所要解决的技术问题是：现有的高功能性镁合金和镁基复合材料不能达成高热导率和力学性能要求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种紫铜颗粒增强镁基复合材料，包括原料按重量百分比计包括镁基体90wt％-97.5wt％和Cu辅材2.5wt％-10wt％，其中Cu辅材是以颗粒形式存在的紫Cu，且镁基体的粒径为2.5-100μm，紫Cu颗粒直径在40-200μm(±10μm)，Cu颗粒均匀分布在镁基体中；

镁基体设置为镁或镁合金。

在一个优选的实施方式中，原料按重量百分比计包括镁基体92.5wt％和Cu辅材7.5wt％。

在一个优选的实施方式中，所述Cu颗粒设置为高纯度的紫Cu粗颗粒或单晶体颗粒，Cu含量≥99.90％。

在一个优选的实施方式中，所述Cu颗粒设置为球形颗粒、近球形颗粒或者等轴状颗粒。

在一个优选的实施方式中，所述Cu颗粒设置为由非球磨法制得的颗粒，或者是虽然经由球磨混料法制得，但是经过了充分再结晶退火后的颗粒。

本发明还包括一种紫铜颗粒增强镁基复合材料的方法，具体加工步骤如下：