[发明专利]类贝壳仿生结构的TiCx

说明书

本发明的类贝壳仿生结构的TiCsubgt;x/subgt;增强铜基复合材料及制备方法，属于铜基电接触材料技术领域。该铜基复合材料是由陶瓷相TiCsubgt;x/subgt;和基体铜组成，TiCsubgt;x/subgt;的体积分数为45‑65％，余量为铜。其制备方法为：通过热压烧结将微纳米片状Tisubgt;3/subgt;AlCsubgt;2/subgt;致密化，得到类贝壳仿生结构的Tisubgt;3/subgt;AlCsubgt;2/subgt;块体，然后采用保护气体或真空条件，在高温环境下与铜进行原位反应扩散，原位生产片状TiCsubgt;x/subgt;增强的铜基复合材料且在微观上表现为类贝壳“砖‑泥”结构，该结构具有高强韧化机制，有利于提高材料的力学性能且铜基体保持良好的连通性，有利于电子传输，提高电导率，该材料有望在电气开关、断路器、接触器等方面得到实际应用，对于保障电流的安全高效传输、促进节能降耗等具有重要意义。

技术领域

本发明属于铜基电接触材料技术领域，特别涉及类贝壳仿生结构的TiC_x增强铜基复合材料及制备方法。

背景技术

材料强韧化与结构-功能一体化不仅是国际科学前沿，也是国民经济等重要领域需求，但材料的强度、韧性、电导率等不同性能之间往往相互制约，并且随着复杂的服役环境对材料性能的要求越来越高，传统材料制备方法对成分和组织结构可设计和调控的空间也越来越小，因此亟需探索新的方法。类贝壳结构被认为是设计高强度、高韧性材料的灵感来源，这些突出的力学性能主要归因于典型“砖-泥结构”中文石片和有机基质之间的相互作用。因此，开发具有类贝壳结构的铜基复合材料，使其不仅具有高强韧、高硬度等力学性能，还具有良好导电、导热等热物性能，这对于铜基电接触材料的应用具有重要意义。

Ti₃AlC₂是一种三元纳米层状金属陶瓷复合材料，同时存在着共价键、离子键和金属键，因此兼具有金属和陶瓷的特性，如陶瓷的高熔点、高模量、耐高温、低密度以及金属的导电性、可加工性等性能。此外，相比于其他陶瓷陶瓷相材料(如Al₂O₃、SiC等)，Ti₃AlC₂与铜之间能发生润湿性原位反应，可作为铜基复合材料的理想陶瓷相。因此，通过热压烧结对微纳米片状Ti₃AlC₂粉体实现类贝壳仿生结构Ti₃AlC₂块体材料，再将Ti₃AlC₂块体材料和金属铜放置于具有保护气体的高温炉中进行原位扩散处理，最后得到具有类贝壳仿生结构的片状TiC_x增强铜基复合材料。

目前，关于以具有仿生类贝壳结构的陶瓷增强铜基复合材料及其制备方法，专利1(CN109524251A)公开了一种钛元素改性Ti₃AlC₂增强铜基电触头的制备方法及其应用；专利2(CN113512658A)公开了一种抑制Ti₃AlC₂分解用Ni掺杂Ti₃AlC₂/Cu复合材料及其制备方法；专利3(CN112935250A)公开了受电弓滑板用的Cu与Ti₃AlC₂功能梯度材料及其制备方法；专利4(CN114427049A)公开了一种Cu-TiCx复合材料及其制备方法。