專利名稱：納米與亞微米氧化鋁混雜增強(qiáng)銅基復(fù)合材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，特別是一種金屬基復(fù)合材料。
技術(shù)背景氧化鋁顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電等優(yōu)異的綜合性能，因此可以 替代銅合金用于電接觸觸頭、集成電路引線框架、微波管結(jié)構(gòu)、電阻焊電極、連鑄鋼 結(jié)晶器、高強(qiáng)度電力線等領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)外所研制的氧化鋁顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，要么 是納米氧化鋁顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，要么是微米氧化鋁顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，納 米氧化鋁顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料最有效的制備方法是內(nèi)氧化法，該法獲得的材料性能 最高，但成本也很高，工藝復(fù)雜，且該材料后續(xù)加工難度大，難以制備形狀復(fù)雜和大 尺寸的零件；亞微米氧化鋁混雜增強(qiáng)銅基復(fù)合材料采用原位反應(yīng)法制備，導(dǎo)電率和強(qiáng) 度等性能低。 發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有兩種復(fù)合材料綜合性能不高的不足，本發(fā)明提出了一種納米與亞微 米氧化鋁混雜增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，制備成本低、工藝方便、能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀和大尺寸 的近凈成形、綜合性能好、可靠性高。本發(fā)明還提供涉及該材料的制備方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是在金屬銅中包含納米氧化鋁顆粒與 亞微米氧化鋁顆粒，納米氧化鋁顆粒的尺寸和體積分?jǐn)?shù)分別為10 50nm和0.5 2. 5%,亞微米氧化鋁顆粒的尺寸和體積分?jǐn)?shù)分別為0. 1 0. 9 y m和5 10%。所說(shuō)的納米氧化鋁顆粒和亞微米氧化鋁顆粒按下列過(guò)程形成將按質(zhì)量比為Cu:Al=l:0.005混合的粒度為200目的Cu-0. 5w認(rèn)合金粉1000 個(gè)單位重量與化學(xué)純的CuO粉l個(gè)單位重量混合后，裝入不銹鋼密閉容器內(nèi)密封，抽 真空至10—3MPa，加熱到80(TC進(jìn)行內(nèi)氧化4 8小時(shí)，在Cu-O. 5wt%Al合金粉內(nèi)形成尺 寸為10 50nm的納米氧化鋁顆粒，將含有納米氧化鋁顆粒的Cu-0. 5 wt%Al合金粉壓 制成80mmX40mmX10誦的多孔預(yù)制塊，放進(jìn)擠壓鑄造機(jī)的模具中預(yù)熱，預(yù)熱溫度950 1050°C，預(yù)熱時(shí)間10min。將粒度為200目的Al粉20個(gè)單位重量和化學(xué)純的CuO粉40個(gè)單位重量混勻后加入3000個(gè)單位重量的120(TC銅液中原位反應(yīng)形成亞微米氧化鋁顆粒，原位反應(yīng)式 為2Al+3CuO=3Cu+AlA。再將含有亞微米氧化鋁顆粒的銅液澆注到裝有多孔預(yù)制塊的擠壓鑄造機(jī)的模具 中，在真空和50MPa壓力下使銅液滲入多孔預(yù)制塊中，凝固后形成納米與亞微米氧化 鋁混雜增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。上述材料粒度范圍Cu-0.5wt%Al合金粉和Al粉粒徑范圍為D5。《100um， CuO 粉的粒徑范圍為D5?！?0um。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，突出的特點(diǎn)是將納米和亞微米氧 化鋁的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)混雜增強(qiáng)銅基體，因此材料強(qiáng)度、電導(dǎo)率、塑性等綜合性能優(yōu)于 傳統(tǒng)單一尺寸增強(qiáng)的材料，特別是將內(nèi)氧化法、原位反應(yīng)法和擠壓鑄造法的特點(diǎn)結(jié)合 起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜形狀和大尺寸零件的近凈成形，而且成本低于單一采用內(nèi)氧化法等 傳統(tǒng)方法。以納米和亞微米氧化鋁混雜增強(qiáng)銅基體，提高了材料的綜合性能；將固態(tài)和液態(tài)成形相結(jié)合，降低了成本，提高了效率。采用本發(fā)明納米與亞微米氧化鋁混雜增強(qiáng)銅基復(fù)合材料制造零件，其高溫抗拉強(qiáng)度比銅合金提高了3倍，屈服強(qiáng)度比銅合金 提高了3倍多，高溫軟化溫度達(dá)到80(TC，熱導(dǎo)率超過(guò)300W/mK。這種材料可以廣泛用于 電接觸觸頭、集成電路引線框架、微波管結(jié)構(gòu)、電阻焊電極、連鑄鋼結(jié)晶器、高強(qiáng)度 電力線等領(lǐng)域，具有很好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
指標(biāo) Cu+A1》99. 7%對(duì)原材料的化學(xué)成分要求如下材料名稱Cu-0. 5wt%Al合金粉Al粉 AD99.7%CuO粉 Cu0》99%金屬銅 Cu》99.9% 材料粒度范圍Cu-0. 5wt%Al合金粉和Al粉粒徑范圍為D;?！?00u m， CuO粉的 粒徑范圍為D5。《20um。4實(shí)施例1本發(fā)明所述的納米與亞微米氧化鋁混雜增強(qiáng)銅基復(fù)合材料是在金屬銅中包含納米氧化鋁顆粒與亞微米氧化鋁顆粒，納米氧化鋁顆粒的平均尺寸和體積分?jǐn)?shù)分別為30mn 和2%，亞微米氧化鋁顆粒的平均尺寸和體積分?jǐn)?shù)分別為0. 5 u m和10%。所述的納米氧化鋁顆粒和亞微米氧化鋁顆粒按下列過(guò)程形成將粒度為200目的 Cu-O. 5wt%Al合金粉lOOOg與化學(xué)純的CuO粉lg混合后，裝入不銹鋼密閉容器內(nèi)密封， 抽真空至10—3MPa，加熱到80(TC進(jìn)行內(nèi)氧化8小時(shí)，在Cu-O. 5 wt%Al合金粉內(nèi)形成尺 寸為10 50nm的納米氧化鋁顆粒，將含有納米氧化鋁顆粒的Cu-0. 5 wt%Al合金粉壓 制成80mmX40ranX10ram的多孔預(yù)制塊，放進(jìn)擠壓鑄造機(jī)的模具中預(yù)熱，預(yù)熱溫度1050 °C,預(yù)熱時(shí)間10min;所述Cu-0.5Al合金粉按質(zhì)量比為Cu:Al=l :0.005混合。將粒度為200目的Al粉20g和化學(xué)純的CuO粉40g混勻后，加入3000g的1200 'C銅液中原位反應(yīng)形成亞微米氧化鋁顆粒。再將含有亞微米氧化鋁顆粒的銅液澆注到裝有多孔預(yù)制塊的擠壓鑄造機(jī)的模具 中，在真空和50MPa壓力下使銅液滲入多孔預(yù)制塊中，凝固后形成納米與亞微米氧化 鋁混雜增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。所述Cu-0. 5wt%Al合金粉和Al粉平均粒徑為50 li m，所述CuO粉的平均粒徑為10實(shí)施例2本發(fā)明所述的納米與亞微米氧化鋁混雜增強(qiáng)銅基復(fù)合材料是在金屬銅中包含納米 氧化鋁顆粒與亞微米氧化鋁顆粒，納米氧化鋁顆粒的平均尺寸和體積分?jǐn)?shù)分別為20nm 和1. 5%，亞微米氧化鋁顆粒的平均尺寸和體積分?jǐn)?shù)分別為0. 4 u m和8%。所述的納米氧化鋁顆粒和亞微米氧化鋁顆粒按下列過(guò)程形成將粒度為200目的 Cu-0. 5wt%Al合金粉1000g與化學(xué)純的CuO粉lg混合后，裝入不銹鋼密閉容器內(nèi)密封， 抽真空至10—3MPa，加熱到80(TC進(jìn)行內(nèi)氧化6小時(shí)，在Cu-O. 5 wt%Al合金粉內(nèi)形成尺 寸為10 50nm的納米氧化鋁顆粒，將含有納米氧化鋁顆粒的Cu-0. 5 wt%Al合金粉壓 制成80mmX40mmX 10mm的多孔預(yù)制塊，放進(jìn)擠壓鑄造機(jī)的模具中預(yù)熱，預(yù)熱溫度1000 。C，預(yù)熱時(shí)間10min;所述Cu-0.5Al合金粉按質(zhì)量比為Cu: Al=l :0.005混合。將粒度為200目的Al粉20g和化學(xué)純的Cu0粉40g混勻后，加入3000g的1200 'C銅液中原位反應(yīng)形成亞微米氧化鋁顆粒。再將含有亞微米氧化鋁顆粒的銅液澆注到裝有多孔預(yù)制塊的擠壓鑄造機(jī)的模具 中，在真空和50MPa壓力下使銅液滲入多孔預(yù)制塊中，凝固后形成納米與亞微米氧化 鋁混雜增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。所述Cu-O. 5wt%Al合金粉和Al粉平均粒徑為50 ii m，所述CuO粉的平均粒徑為10! 1 ITU實(shí)施例3本發(fā)明所述的納米與亞微米氧化鋁混雜增強(qiáng)銅基復(fù)合材料是在金屬銅中包含納米 氧化鋁顆粒與亞微米氧化鋁顆粒，納米氧化鋁顆粒的平均尺寸和體積分?jǐn)?shù)分別為lOnm 和1%，亞微米氧化鋁顆粒的平均尺寸和體積分?jǐn)?shù)分別為0. 3 u m和61所述的納米氧化鋁顆粒和亞微米氧化鋁顆粒按下列過(guò)程形成將粒度為200目的 Cu-O. 5wt%Al合金粉lOOOg與化學(xué)純的CuO粉lg混合后，裝入不銹鋼密閉容器內(nèi)密封， 抽真空至10—3MPa，加熱到80(TC進(jìn)行內(nèi)氧化4小時(shí)，在Cu-O. 5 wt%Al合金粉內(nèi)形成尺 寸為10 50nra的納米氧化鋁顆粒，將含有納米氧化鋁顆粒的Cu-0. 5 wt%Al合金粉壓 制成80mmX40mmX10mm的多孔預(yù)制塊，放進(jìn)擠壓鑄造機(jī)的模具中預(yù)熱，預(yù)熱溫度950 °C，預(yù)熱時(shí)間10min;所述Cu-0.5Al合金粉按質(zhì)量比為Cu:Al=l :0.005混合。將粒度為200目的Al粉20g和化學(xué)純的CuO粉40g混勻后，加入3000g的1200 'C銅液中原位反應(yīng)形成亞微米氧化鋁顆粒。再將含有亞微米氧化鋁顆粒的銅液澆注到裝有多孔預(yù)制塊的擠壓鑄造機(jī)的模具 中，在真空和50MPa壓力下使銅液滲入多孔預(yù)制塊中，凝固后形成納米與亞微米氧化 鋁混雜增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。所述Cu-0. 5wt%Al合金粉和Al粉平均粒徑為50 ti ra，所述CuO粉的平均粒徑為1011 m。
權(quán)利要求
1、納米與亞微米氧化鋁混雜增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，其特征在于在金屬銅中包含納米氧化鋁顆粒與亞微米氧化鋁顆粒，納米氧化鋁顆粒的尺寸和體積分?jǐn)?shù)分別為10～50nm和0.5～2.5％，亞微米氧化鋁顆粒的尺寸和體積分?jǐn)?shù)分別為0.1～0.9μm和5～10％。
2、 納米與亞微米氧化鋁混雜增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括 下述步驟(a) 將按質(zhì)量比為Cu:Al:l :0.005混合的粒度為200目的Cu-0. 5wt。/。Al合金粉 1000個(gè)重量單位與化學(xué)純的Cu0粉1個(gè)重量單位混合后，裝入不銹鋼密閉容器內(nèi) 密封，抽真空至10—3MPa，加熱到800。C進(jìn)行內(nèi)氧化4 8小時(shí)，在Cu-0. 5wt%Al 合金粉內(nèi)形成尺寸為10 50nm的納米氧化鋁顆粒，將含有納米氧化鋁顆粒的 Cu-0. 5 wt%Al合金粉壓制成80ramX40隱X 10mm的多孔預(yù)制塊，放進(jìn)擠壓鑄造機(jī) 的模具中預(yù)熱，預(yù)熱溫度950 1050。C，預(yù)熱時(shí)間10min;(b) 將粒度為200目的Al粉20個(gè)重量單位和化學(xué)純的CuO粉40個(gè)重量單位混 勻后，加入3000個(gè)重量單位的120(TC銅液中原位反應(yīng)形成亞微米氧化鋁顆粒；(c) 將含有亞微米氧化鋁顆粒的銅液澆注到裝有多孔預(yù)制塊的擠壓鑄造機(jī)的模 具中，在真空和50MPa壓力下使銅液滲入多孔預(yù)制塊中，凝固后形成納米與亞微 米氧化鋁混雜增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。
3、 根據(jù)利用權(quán)利要求2所述的納米與亞微米氧化鋁混雜增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制 備方法，其特征在于所述的Cu-O. 5wt%Al合金粉和Al粉粒徑范圍為D5?！?00 u m， CuO粉的粒徑范圍為D5?！?0 u m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米與亞微米氧化鋁混雜增強(qiáng)銅基復(fù)合材料及其制備方法，在金屬銅中包含尺寸和體積分?jǐn)?shù)分別為10～50nm和0.5～2.5％的納米氧化鋁顆粒和尺寸和體積分?jǐn)?shù)分別為0.1～0.9μm和5～10％的亞微米氧化鋁顆粒。制備方法是將Cu-0.5wt％Al合金粉與CuO粉混合、真空加熱后氧化制成預(yù)制塊預(yù)熱，將Al粉和CuO粉混勻后加入銅液中原位反應(yīng)形成亞微米氧化鋁顆粒，在真空和壓力下使銅液滲入多孔預(yù)制塊中，凝固后形成。本發(fā)明的材料強(qiáng)度、電導(dǎo)率、塑性等綜合性能優(yōu)于傳統(tǒng)單一尺寸增強(qiáng)的材料，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜形狀和大尺寸零件的近凈成形，成本低，提高了材料的綜合性能，提高了效率。
文檔編號(hào)C22C1/05GK101260485SQ200810017990
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日
發(fā)明者于家康, 曹祿華, 李華倫, 金承信 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)