CN101701301A - 二硼化钛弥散强化铜基复合材料的自蔓延高温合成制备方法 - Google Patents
二硼化钛弥散强化铜基复合材料的自蔓延高温合成制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101701301A CN101701301A CN200910095177A CN200910095177A CN101701301A CN 101701301 A CN101701301 A CN 101701301A CN 200910095177 A CN200910095177 A CN 200910095177A CN 200910095177 A CN200910095177 A CN 200910095177A CN 101701301 A CN101701301 A CN 101701301A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- strengthened
- propagating high
- self
- titanium diboride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 13
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 13
- 239000010949 copper Substances 0.000 title abstract description 40
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title abstract description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title abstract description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 69
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000713 high-energy ball milling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims description 13
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005056 compaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 abstract 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 abstract 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 abstract 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 14
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 13
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229910017813 Cu—Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017827 Cu—Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017945 Cu—Ti Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017985 Cu—Zr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005551 mechanical alloying Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
本发明提供一种自蔓延高温合成制备二硼化钛弥散强化铜基复合材料的方法:以粒度均小于100目,纯度均大于99%的Cu粉、Ti粉和B粉为原料,将一定量的Cu粉、Ti粉和B粉(Cu粉与Ti+B粉的质量比为50∶50~70∶30,其中Ti粉与B粉的摩尔比为1∶2)混合后在室温下高能球磨3~10小时;然后将混合粉末冷压成型;最后在真空室内采用电弧引燃压坯,通过压坯的自蔓延高温合成制备TiB2弥散强化的铜基复合材料,TiB2颗粒的平均粒径2~8μm。本发明采用简单的自蔓延高温合成方法合成制备TiB2弥散强化铜基复合材料,具有工艺简单、生产成本低、产品产量和质量高等优点。
Description
技术领域
本发明属于金属基复合材料制备技术领域,提供了一种自蔓延高温合成制备二硼化钛弥散强化铜基复合材料的方法,可用于电力产业、国防工业、集成电路、焊接设备等领域广泛应用的高强高导铜基复合材料的生产制备。
技术背景
高强高导铜合金是一类有优良综合物理性能和力学性能的结构功能材料,在众多工业领域中有着不可替代的作用,广泛应用于集成电路的引线框架口、各类点焊和滚焊机的电极、大功率异步牵引电动机转子、电气化铁路接触导线、热核实验反应堆(ITER)偏滤器垂直靶散热片等电力、电工、机械制造领域。但是,铜合金中的强度和导电性一直是一对相矛盾的特性,此消彼涨,一般只能在牺牲电导率和热导率的前提下改善铜的力学性能,以获得高的强度。如何解决这一矛盾,一直是高强高导铜合金研究的关键课题。
目前获得高强高导铜合金的途径主要有两种:一是合金化途径,即向铜中引入合金元素以形成铜合金来进行强化;二是复合化途径,即向铜基体中引入第二强化相以形成复合材料来进行强化。
合金化法是在铜中添加合金元素,溶质原子溶入晶格后会引起晶格点阵畸变,造成应力场,从而使强度提高。传统的合金化法主要通过固溶强化和析出强化等手段来强化铜基体。根据合金固溶强化原理,铜合金中常用的固溶合金元素有Sn、Cd、Ag等。根据析出强化原理,目前已开发的该类铜合金有Cu-Cr、Cu-Zr、Cu-Ti、Cu-Fe等。合金化法的优点在于技术较成熟、工艺简单、成本较低,适宜规模化生产。其缺点是晶体中畸变的点阵对运动电子的散射作用相应加剧,降低了导电性。一般只能在牺牲电导率的前提下改善铜的力学性能。合金化法制备的铜合金强度在350~650MPa之间,电导率一般不超过90%IACS,难以满足新一代电器件对性能的要求。
根据导电理论,第二相在铜基体中的引起的电子的散射作用比固溶原子在铜基体中引起的散射作用弱得多,故复合强化不会引起铜基体导电性的明显降低,且增强相还能改善基体的机械性能,成为获得高强度高导电性铜合金的主要手段。研究资料表明,利用材料复合化制备的Cu-Ta、Cu-Nd等复合材料强度大于1400MPa,导电率达90%IACS以上,并已得到工程应用。复合化途径根据强化相引入方式的不同可以分为人工复合法和原位复合法。
人工复合法通过人为地向铜中加入第二相的晶须或纤维对铜基体进行强化,或依靠强化相本身来增大材料强度的方法,例如氧化强化法、机械合金化法以及碳纤维复合法等。人工复合法的特点是部分方法比较成熟,其产品已获得工程应用,但工艺复杂,生产成本高。原位复合法是向铜中加入一定量合金元素,通过一定工艺,使铜内部原位生成增强相,而不是加工前就存在增强体与基体铜两种材料,包括塑性变形复合法、原位反应复合法和原位生长复合法。对比人工复合法,原位复合法所获得的产品中基体和第二相界面相容性更好,制备工艺步骤减少,生产成本降低。
二硼化钛(TiB2)具有高熔点、低密度、优良的导热和导电性等诸多优点,在导电陶瓷材料、复合陶瓷材料等领域被广泛使用。在Al、Fe、Cu等金属材料中添加TiB2,可以充分发挥金属基体和TiB2增强相各自的优势,获得高性能的金属基复合材料。传统的TiB2弥散强化金属基复合材料制备需要先得到TiB2超细粉体,然后通过一定的方法把TiB2分散到Cu基体中。但TiB2超细粉体的制备工艺较为复杂,导致TiB2弥散强化金属基复合材料的制备工序较多,生产成本较高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术之不足,提供一种自蔓延高温合成制备二硼化钛弥散强化铜基复合材料的方法,缩短工艺路线,降低生产成本,提高产品质量。
本发明自蔓延高温合成制备二硼化钛弥散强化铜基复合材料的技术方案是:以粒度均小于100目,纯度均大于99%的Cu粉、Ti粉和B粉为原料,先将一定量的Cu粉、Ti粉和B粉(Cu粉与Ti+B粉的质量比为50∶50~70∶30,其中Ti粉与B粉的摩尔比为1∶2)混合均匀,把球料比为10∶1~100∶1的钢球和混合粉末在充满氩气的手套箱中放入球磨罐中,使球料混合物占球磨罐内腔体积的10~50%;在室温下以1000~2000转/分的转速进行高能球磨3~10小时;然后将球磨后的混合粉末冷压成型;最后在真空室内采用电弧引燃压坯,通过压坯的自蔓延高温合成制备TiB2弥散强化的铜基复合材料,TiB2颗粒的平均粒径2~8μm。
本发明通过对高能球磨和自蔓延高温合成参数的控制,利用纯Cu粉、Ti粉和B粉原位反应合成制备TiB2弥散强化铜基复合材料,采用简单的自蔓延高温合成方法,使纯Cu粉、Ti粉和B粉原位反应合成制备TiB2弥散强化的铜基复合材料,具有工艺简单,缩短工艺路线,降低生产成本,提高产品质量,以实现TiB2弥散强化铜基复合材料的大规模广泛应用。
具体实施方式
下面以实例进一步说明本发明的实质内容,但本发明的内容并不限于此。
具体实施方式
实施例1:以粒度均为150目,纯度均为99.9%的Cu粉、Ti粉和B粉为原料,先将一定量的Cu粉、Ti粉和B粉(Cu粉与Ti+B粉的质量比为50∶50,其中Ti粉与B粉的摩尔比为1∶2)混合均匀,把球料比为20∶1的钢球和混合粉末在充满氩气的手套箱中放入球磨罐中,使球料混合物占球磨罐内腔体积的15%;在室温下以1000转/分的转速进行高能球磨3小时;然后将球磨后的混合粉末冷压成Φ30mm×30mm的圆柱坯;最后在真空室内采用电弧引燃压坯,通过压坯的自蔓延高温合成制备TiB2弥散强化的铜基复合材料,TiB2颗粒的平均粒径7.5μm左右。
实施例2:以粒度均为200目,纯度均为99.9%的Cu粉、Ti粉和B粉为原料,先将一定量的Cu粉、Ti粉和B粉(Cu粉与Ti+B粉的质量比为60∶40,其中Ti粉与B粉的摩尔比为1∶2)混合均匀,把球料比为40∶1的钢球和混合粉末在充满氩气的手套箱中放入球磨罐中,使球料混合物占球磨罐内腔体积的25%;在室温下以1500转/分的转速进行高能球磨6小时;然后将球磨后的混合粉末冷压成Φ30mm×30mm的圆柱坯;最后在真空室内采用电弧引燃压坯,通过压坯的自蔓延高温合成制备TiB2弥散强化的铜基复合材料,TiB2颗粒的平均粒径4.5μm左右。
实施例3:以粒度均为300目,纯度均为99.9%的Cu粉、Ti粉和B粉为原料,先将一定量的Cu粉、Ti粉和B粉(Cu粉与Ti+B粉的质量比为70∶30,其中Ti粉与B粉的摩尔比为1∶2)混合均匀,把球料比为80∶1的钢球和混合粉末在充满氩气的手套箱中放入球磨罐中,使球料混合物占球磨罐内腔体积的35%;在室温下以2000转/分的转速进行高能球磨9小时;然后将球磨后的混合粉末冷压成Φ30mm×30mm的圆柱坯;最后在真空室内采用电弧引燃压坯,通过压坯的自蔓延高温合成制备TiB2弥散强化的铜基复合材料,TiB2颗粒的平均粒径2.5μm左右。
Claims (3)
1.一种自蔓延高温合成制备二硼化钛弥散强化铜基复合材料的方法,其特征在于:以粒度均小于100目,纯度均大于99%的Cu粉、Ti粉和B粉为原料,将Cu粉、Ti粉和B粉,其中Cu粉与Ti+B粉的质量比为50∶50~70∶30,Ti粉与B粉的摩尔比为1∶2,混合后在室温下高能球磨3~10小时;然后将混合粉末冷压成型;最后在真空室内采用电弧引燃压坯,通过压坯的自蔓延高温合成制得TiB2弥散强化的铜基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种自蔓延高温合成制备二硼化钛弥散强化铜基复合材料的方法,其特征在于:所述的高能球磨时,把球料比为20~80∶1的钢球和混合粉末在充满氩气的手套箱中放入球磨罐中,使球料混合物占球磨罐内腔体积的15~35%;在室温下以1000~2000转/分的转速进行高能球磨。
3.根据权利要求1所述的一种自蔓延高温合成制备二硼化钛弥散强化铜基复合材料的方法,其特征在于:所述的TiB2颗粒的平均粒径2.5~7.5μm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN200910095177A CN101701301A (zh) | 2009-11-11 | 2009-11-11 | 二硼化钛弥散强化铜基复合材料的自蔓延高温合成制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN200910095177A CN101701301A (zh) | 2009-11-11 | 2009-11-11 | 二硼化钛弥散强化铜基复合材料的自蔓延高温合成制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101701301A true CN101701301A (zh) | 2010-05-05 |
Family
ID=42156228
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN200910095177A Pending CN101701301A (zh) | 2009-11-11 | 2009-11-11 | 二硼化钛弥散强化铜基复合材料的自蔓延高温合成制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101701301A (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104842286A (zh) * | 2015-05-20 | 2015-08-19 | 广东工业大学 | 一种超硬磨具及其制备方法 |
CN105200264A (zh) * | 2015-10-30 | 2015-12-30 | 苏州列治埃盟新材料技术转移有限公司 | 一种高强度二硼化钛颗粒增强铜基复合材料及其制备方法 |
CN105986323A (zh) * | 2015-01-30 | 2016-10-05 | 中国人民解放军军械工程学院 | 一种制备微纳米级TiB2晶须的方法 |
-
2009
- 2009-11-11 CN CN200910095177A patent/CN101701301A/zh active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105986323A (zh) * | 2015-01-30 | 2016-10-05 | 中国人民解放军军械工程学院 | 一种制备微纳米级TiB2晶须的方法 |
CN105986323B (zh) * | 2015-01-30 | 2018-08-10 | 中国人民解放军军械工程学院 | 一种制备微纳米级TiB2晶须的方法 |
CN104842286A (zh) * | 2015-05-20 | 2015-08-19 | 广东工业大学 | 一种超硬磨具及其制备方法 |
CN105200264A (zh) * | 2015-10-30 | 2015-12-30 | 苏州列治埃盟新材料技术转移有限公司 | 一种高强度二硼化钛颗粒增强铜基复合材料及其制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101775513B (zh) | 利用机械合金化制备(TiB2+TiC)弥散强化铜基复合材料的方法 | |
CN101775514A (zh) | 采用自蔓延高温合成制备(TiB2+TiC)弥散强化铜基复合材料的方法 | |
CN101709397A (zh) | 一种制备碳化钛弥散强化铜基复合材料的方法 | |
CN101701300B (zh) | 机械合金化合成制备二硼化钛弥散强化铜基复合材料的方法 | |
CN104846231B (zh) | 一种铜基石墨烯复合块体材料的制备方法 | |
CN107557609B (zh) | 一种单相纳米氧化铝颗粒弥散强化的铜合金及其制备方法 | |
CN110257684B (zh) | 一种FeCrCoMnNi高熵合金基复合材料的制备工艺 | |
CN101613816A (zh) | 原位生成多元弥散强化铜基复合材料及其制备方法 | |
CN109338148B (zh) | 一种石墨烯-铜铬锆合金及其制备方法 | |
CN104372196A (zh) | 一种原位反应生成TiC弥散强化Cu合金的方法 | |
CN104141061B (zh) | 一种氧化铝弥散强化铜合金的粉末冶金制备方法 | |
CN109570493B (zh) | 一种金属-金属碳化物包覆碳颗粒的复合粉末及其制备方法 | |
CN102888525A (zh) | 一种高强韧高导电铜镁合金的加工方法 | |
CN101709398A (zh) | 碳化钛弥散强化铜基复合材料的自蔓延高温合成制备方法 | |
CN111996405B (zh) | 一种金属注射成形制备高强高导铜合金的方法 | |
CN105779801B (zh) | 一种石墨烯增强银镍电接触复合材料及其制备方法 | |
CN108588471B (zh) | 含纳米碳化锆陶瓷颗粒铜基电极材料的一步合成方法 | |
CN105200262B (zh) | 一种高氧化锡含量银基片状电触头材料的制备方法 | |
CN1710124A (zh) | 反应热压原位自生铜基复合材料的制备方法 | |
CN112830789A (zh) | 一种高熵硼化物粉末及其制备方法 | |
CN100523236C (zh) | 特种铜合金及其制备方法 | |
CN101701301A (zh) | 二硼化钛弥散强化铜基复合材料的自蔓延高温合成制备方法 | |
CN103056376A (zh) | 一种制备球形纳米结构碳化钨/钴复合粉末的方法 | |
CN102787283A (zh) | 管内粉末轧制制备碳纳米管增强铜基复合材料的方法 | |
CN105039776A (zh) | 一种点焊电极用弥散强化铜基复合材料及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20100505 |