CN102242303A - 一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜基复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜基复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102242303A
CN102242303A CN 201110209562 CN201110209562A CN102242303A CN 102242303 A CN102242303 A CN 102242303A CN 201110209562 CN201110209562 CN 201110209562 CN 201110209562 A CN201110209562 A CN 201110209562A CN 102242303 A CN102242303 A CN 102242303A
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper
ceramic particle
powder
copper alloy
tic ceramic
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.)
Granted
Application number
CN 201110209562
Other languages
English (en)
Other versions
CN102242303B (zh
Inventor
姜启川
靳慎豹
沈平
王慧远
周东帅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN201110209562A priority Critical patent/CN102242303B/zh
Publication of CN102242303A publication Critical patent/CN102242303A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102242303B publication Critical patent/CN102242303B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明涉及一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜基复合材料及其制备方法。采用燃烧合成化学反应法与热压技术，制备原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜或铜合金基复合材料，原位反应合成的TiC陶瓷颗粒的尺寸在100纳米以下，重量百分比含量在3-30。其制备方法为：将反应物粉料按比例混合制坯；先后将配料在滚筒式球磨机研钵中混合均匀；在室温下压制成反应预制块；将预制块加热引发燃烧反应后立即对预制块施加轴向压力，保压后随炉冷却至室温，即合成纳米TiC陶瓷颗粒增强纯铜或铜合金基复合材料。本发明主要特点是：纳米TiC原位生成；陶瓷颗粒表面纯净，与基体的界面结合强度高；纳米TiC陶瓷颗粒在基体中分布均匀；基体杂质含量少等。

Description

一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于新型颗粒增强金属基复合材料应用领域，尤其是涉及一种新的原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜或铜合金基复合材料及其制备方法。
背景技术
随着我国高速列车、电力、电子、通讯等领域的高速、可持续发展，对材料综合性能的要求越来越高。由于陶瓷-金属基复合材料能够将金属良好的导热、导电及好的塑性与陶瓷的耐高温、耐磨损及耐腐蚀性有效的结合起来，因而得到了广泛关注。通常来讲，作为增强相的陶瓷颗粒的尺寸越小，则增强效果越好。因此，制备纳米尺寸，即小于100纳米的陶瓷颗粒增强金属基复合材料已经成为复合材料一个重要发展的方向。然而目前，世界上未见关于采用燃烧合成化学反应法与热压技术，制备原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜或铜合金基复合材料制备方法的报道。尤其是采用碳纳米管作为燃烧合成纳米TiC陶瓷颗粒碳源的报道。
采用燃烧合成化学反应法与热压技术，制备原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜或铜合金基复合材料制备方法与外加纳米TiC陶瓷颗粒的粉末冶金法、搅拌铸造法、无压或压力侵渗法、挤压铸造法等方法相比，具有如下诸多优点：纳米TiC陶瓷颗粒不需要单独制备、其表面纯净、与基体的界面结合强度高、分布均匀、基体杂质含量少等。
发明内容
目前，世界上采用Cu-Ti-C体系，碳源采用传统的石墨或碳黑，通过燃烧合成化学反应法与热压技术，制备的原位TiC陶瓷颗粒增强铜或铜合金基复合材料的TiC陶瓷颗粒尺寸一般在1-5微米，重量百分比含量在50以上。做不到TiC陶瓷颗粒尺寸小于100纳米，重量百分比含量在3-30。
本发明的目的是提供一种新的原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜或铜合金基复合材料及其制备方法。制备的原位TiC陶瓷颗粒增强铜或铜合金基复合材料的TiC陶瓷颗粒尺寸在100纳米以下，重量百分比含量在3-30。
其技术关键是采用燃烧合成化学反应法与热压技术，制备原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜或铜合金基复合材料的Cu-Ti-C燃烧合成化学反应体系的碳源，首次采用碳纳米管取代传统的石墨或碳黑。实现采用燃烧合成化学反应法与热压技术，制备的原位TiC陶瓷颗粒增强铜或铜合金基复合材料的TiC陶瓷颗粒尺寸在100纳米以下，重量百分比含量在3-30。
本发明的技术方案是：采用燃烧合成化学反应法与热压技术，制备原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜或铜合金基复合材料，原位反应合成的TiC陶瓷颗粒的尺寸在100纳米以下，含量重量百分比在3-30。其制备方法与工艺步骤：
1)反应体系
纯铜-钛-碳纳米管；铜合金-钛-碳纳米管
铜合金包括Cu-0.05～0.5Zr、Cu-0.4～1.2Cr
其中，反应用Cu粉、Ti粉、Zr粉和Cr粉的粒度均为48微米，而碳纳米管的长度约为30微米，直径为20-30纳米。
2)反应物压坯的制备
步骤1  配料：取Ti粉，碳纳米管，和铜或铜合金中对应元素的粉料配料，其中，钛和碳纳米管的比例按摩尔比为1∶1，基体铜或铜合金含量重量百分比为70-97；
步骤2  混料：将配好的粉料在滚筒式球磨机内混合6～8小时，随后将混合后的粉末在研钵中手混15～20分钟使粉末混合均匀；
步骤3  压制成型：取混合后的粉料放入模具中，在室温下压制成直径为28±0.5毫米、高度为40-50毫米的圆柱形反应预制块，预制块密度为混合粉料理论密度的70±5.0％；
步骤4  纳米TiC陶瓷颗粒增强纯铜或铜合金基复合材料的制备：将预制块放入石墨模具中，然后在预制块上端部位放入一高强度石墨压杆，将装有预制块的石墨模具放入一带有液压装置的氩气气氛保护的燃烧反应炉中以40度每分钟的升温速率将预制块加热至800～1000摄氏度，引发燃烧反应，一旦燃烧反应发生，立即对预制块施加40±5.0MPa的轴向压力，保压30～40秒后随炉冷却至室温，制备出纳米TiC陶瓷颗粒增强纯铜或铜合金基复合材料。
本发明与目前已有的技术相比具有以下特点：
1)在燃烧合成反应过程中，使用碳纳米管作为碳源；
2)在Cu或Cu合金基体重量百分比含量高达70-97时，TiC合成反应仍然可以进行并且产物纯净；
3)纳米TiC原位生成，不需要单独制备；
4)陶瓷颗粒表面纯净，与基体的界面结合强度高；
5)纳米TiC陶瓷颗粒在基体中分布均匀；
6)基体杂质含量少。
附图说明
图1是实施例1成分TiC增强Cu基复合材料中纳米TiC颗粒的场发射扫描电子显微镜照片
图2是实施例1成分TiC增强Cu基复合材料的X射线分析
图3是实施例4成分TiC增强Cu-0.1Zr基复合材料中纳米TiC颗粒的场发射扫描电子显微镜照片
图4是实施例4成分TiC增强Cu-0.1Zr基复合材料的X射线分析
图5是实施例6成分TiC增强Cu-1.2Cr基复合材料中纳米TiC颗粒的场发射扫描电子显微镜照片
图6是实施例6成分TiC增强Cu-1.2Cr基复合材料的X射线分析
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
制备按重量百分比组分组成为TiC28、Cu72的纳米TiC陶瓷颗粒增强铜基复合材料。
取Cu粉、Ti粉和碳纳米管配料。其中，Cu粉、Ti粉和碳纳米管的比例按重量比为72.0∶22.4∶5.6。将配好的粉料在滚筒式球磨机内混合6～8小时，随后将混合后的粉末在研钵中手混15～20分钟使粉末混合均匀。取适当混合后的粉料放入模具中，在室温下压制成直径为28±0.5毫米、高度为40～50毫米的圆柱形反应预制块，预制块密度为混合粉料理论密度的70±5.0％。将预制块放入石墨模具中，然后在预制块上端部位放入一高强度石墨压杆。将装有预制块的石墨模具放入一带有液压装置的真空/气氛保护的燃烧反应炉中以40度每分钟的升温速率将预制块加热至800～1000摄氏度，引发燃烧反应。一旦燃烧反应发生，立即对预制块施加40±5.0MPa的轴向压力，保压30～40秒后随炉冷却至室温。X射线结果表明产物纯净，而场发射结果表明其中生成的TiC颗粒的尺寸约为100纳米。
实施例2
制备按重量百分比组分组成为TiC24、Cu76的纳米TiC陶瓷颗粒增强铜基复合材料。
取Cu粉、Ti粉、碳纳米管配料。其中，Cu粉、Ti粉和碳纳米管的比例按重量比为76.0∶19.2∶4.8。其制备方法同实施例1。X射线结果表明产物纯净，而场发射结果表明其中生成的TiC颗粒的尺寸约为90纳米。
实施例3
制备按重量百分比组分组成为TiC20、Cu-0.1Zr合金基体80的纳米TiC陶瓷颗粒增强铜合金基复合材料。
取Cu粉、Ti粉、Zr粉、和碳纳米管配料。其中，Cu粉、Zr粉、Ti粉和碳纳米管的比例按重量比为79.92∶0.08∶16.0∶4.0。其制备方法同实施例1。X射线结果表明产物纯净，而场发射结果表明其中生成的TiC颗粒的尺寸约为70纳米。
实施例4
制备按重量百分比组分组成为TiC15、Cu-0.1Zr合金基体85的纳米TiC陶瓷颗粒增强铜合金基复合材料。
取Cu粉、Ti粉、Zr粉、和碳纳米管配料。其中，Cu粉、Zr粉、Ti粉和碳纳米管的比例按重量比为84.915∶0.085∶12.0∶3.0。其制备方法同实施例1。X射线结果表明产物纯净，而场发射结果表明其中生成的TiC颗粒的尺寸约为40纳米。
实施例5
制备按重量百分比组分组成为TiC10、Cu-1.2Cr合金基体90的纳米TiC陶瓷颗粒增强铜合金基复合材料。
取Cu粉、Ti粉、Cr粉、和碳纳米管配料。其中，Cu粉、Cr粉、Ti粉和碳纳米管的比例按重量比为88.92∶1.08∶8.0∶2.0。其制备方法同实施例1。X射线结果表明产物纯净，而场发射结果表明其中生成的TiC颗粒的尺寸约为30纳米。
实施例6
制备按重量百分比组分组成为TiC5、Cu-1.2Cr合金基体95的纳米TiC陶瓷颗粒增强铜合金基复合材料。
取Cu粉、Ti粉、Cr粉、和碳纳米管配料。其中，Cu粉、Cr粉、Ti粉和碳纳米管的比例按重量比为93.86∶1.14∶4.0∶1.0。其制备方法同实施例1。X射线结果表明产物纯净，而场发射结果表明其中生成的TiC颗粒的尺寸约为15纳米。

Claims (4)

1.一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜或铜合金基复合材料，其特征在于，采用燃烧合成化学反应法与热压方式，原位制备出TiC陶瓷颗粒尺寸为小于100纳米，其重量百分比含量为3-30的纯铜或铜合金基复合材料，即增强相纳米TiC颗粒的重量百分比含量为3-30，基体纯铜或铜合金的重量百分比含量为97-70，铜合金为Cu-0.05～0.5Zr合金或Cu-0.4～1.2Cr合金。
2.如权利要求1所述的一种纳米TiC陶瓷颗粒增强纯铜或铜合金基复合材料的制备方法，其特征在于，工艺步骤为：
1)反应体系
纯铜-钛-碳纳米管；铜合金-钛-碳纳米管
铜合金包括Cu-0.05～0.5Zr、Cu-0.4～1.2Cr
其中，反应用Cu粉、Ti粉、Zr粉和Cr粉的粒度均为48微米，而碳纳米管的长度约为30微米，直径为20-30纳米。
2)反应物压坯的制备
步骤1  配料：取Ti粉，碳纳米管，和铜或铜合金中对应元素的粉料配料，其中，钛和碳纳米管的比例按摩尔比为1∶1，基体铜或铜合金含量重量百分比为70-97；
步骤2  混料：将配好的粉料在滚筒式球磨机内混合6～8小时，随后将混合后的粉末在研钵中手混15～20分钟使粉末混合均匀；
步骤3  压制成型：取混合后的粉料放入模具中，在室温下压制成直径为28±0.5毫米、高度为40-50毫米的圆柱形反应预制块，预制块密度为混合粉料理论密度的70±5.0％；
步骤4  纳米TiC陶瓷颗粒增强纯铜或铜合金基复合材料的制备：将预制块放入石墨模具中，然后在预制块上端部位放入一高强度石墨压杆，将装有预制块的石墨模具放入一带有液压装置的氩气气氛保护的燃烧反应炉中以40度每分钟的升温速率将预制块加热至800～1000摄氏度，引发燃烧反应，一旦燃烧反应发生，立即对预制块施加40±5.0MPa的轴向压力，保压30～40秒后随炉冷却至室温，制备出纳米TiC陶瓷颗粒增强纯铜或铜合金基复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜或铜合金基复合材料的制备方法，其特征在于，所述铜合金包括Cu-0.1Zr。
4.根据权利要求2所述的一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜或铜合金基复合材料的制备方法，其特征在于，所述铜合金包括Cu-1.2Cr。
CN201110209562A 2011-07-26 2011-07-26 一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜基复合材料及其制备方法 Active CN102242303B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110209562A CN102242303B (zh) 2011-07-26 2011-07-26 一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜基复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110209562A CN102242303B (zh) 2011-07-26 2011-07-26 一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜基复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102242303A true CN102242303A (zh) 2011-11-16
CN102242303B CN102242303B (zh) 2012-10-10

Family

ID=44960544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110209562A Active CN102242303B (zh) 2011-07-26 2011-07-26 一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜基复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102242303B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103981393A (zh) * 2014-05-15 2014-08-13 厦门理工学院 碳纳米管-金属复合增强铜基复合材料及其制备方法
CN105420533A (zh) * 2015-11-02 2016-03-23 苏州金仓合金新材料有限公司 一种海洋工程用高强度碳化钛颗粒增强铜基合金新材料
CN105483421A (zh) * 2015-12-18 2016-04-13 聊城大学 原位TaC/Ta2C二元纳米硬质相强化铜基复合材料及其制备方法
CN106756177A (zh) * 2017-02-23 2017-05-31 吉林大学 一种碳化钛陶瓷颗粒增强铜基复合材料的制备方法
CN107217187A (zh) * 2017-06-09 2017-09-29 北京交通大学 一种TiCx/Cu双连续金属陶瓷材料的制备方法
CN107747066A (zh) * 2017-11-13 2018-03-02 吉林大学 一种内生纳米TiC陶瓷颗粒原位增强铸造高铬热作模具钢及其制备方法
TWI631294B (zh) * 2014-10-23 2018-08-01 島野股份有限公司 自行車剎車之磨擦料件及其製造方法
CN109913682A (zh) * 2019-04-04 2019-06-21 吉林大学 纳米碳化铌/碳纳米管增强金刚石复合材料及其制备方法
CN111057896A (zh) * 2018-10-16 2020-04-24 南京理工大学 真空电弧熔炼制备FeCoNiCu高熵合金与TiC颗粒复合增强铜基复合材料的方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109971996B (zh) * 2019-04-10 2021-02-12 江苏宇豪新材料科技有限公司 一种能有效提高塑性性能的TiB颗粒增强Ti基复合材料

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1586667A1 (en) * 2004-04-14 2005-10-19 Mitsubishi Shindoh Co., Ltd. Copper alloy and method of manufacturing the same
CN101214539A (zh) * 2008-01-07 2008-07-09 吉林大学 TiC颗粒局部增强耐磨锰钢复合材料的制备方法
CN102108451A (zh) * 2011-02-15 2011-06-29 常州大学 一种高强度高导电率铜合金的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1586667A1 (en) * 2004-04-14 2005-10-19 Mitsubishi Shindoh Co., Ltd. Copper alloy and method of manufacturing the same
CN101214539A (zh) * 2008-01-07 2008-07-09 吉林大学 TiC颗粒局部增强耐磨锰钢复合材料的制备方法
CN102108451A (zh) * 2011-02-15 2011-06-29 常州大学 一种高强度高导电率铜合金的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Materials Science and Engineering A》 20091231 S. Rathod et al. Cast in situ Cu-TiC composites: Synthesis by SHS route and characterization 第91-98页 1-4 第502卷, *
《Scripta Materialia》 20080916 Tao Liu et al. Synthesis and mechanical properties of TiC-reinforced Cu-based bulk metallic glass composites 第84-87页 1-4 第60卷, *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103981393A (zh) * 2014-05-15 2014-08-13 厦门理工学院 碳纳米管-金属复合增强铜基复合材料及其制备方法
TWI631294B (zh) * 2014-10-23 2018-08-01 島野股份有限公司 自行車剎車之磨擦料件及其製造方法
CN105420533A (zh) * 2015-11-02 2016-03-23 苏州金仓合金新材料有限公司 一种海洋工程用高强度碳化钛颗粒增强铜基合金新材料
CN105483421A (zh) * 2015-12-18 2016-04-13 聊城大学 原位TaC/Ta2C二元纳米硬质相强化铜基复合材料及其制备方法
CN106756177A (zh) * 2017-02-23 2017-05-31 吉林大学 一种碳化钛陶瓷颗粒增强铜基复合材料的制备方法
CN106756177B (zh) * 2017-02-23 2018-04-24 吉林大学 一种碳化钛陶瓷颗粒增强铜基复合材料的制备方法
CN107217187A (zh) * 2017-06-09 2017-09-29 北京交通大学 一种TiCx/Cu双连续金属陶瓷材料的制备方法
CN107747066A (zh) * 2017-11-13 2018-03-02 吉林大学 一种内生纳米TiC陶瓷颗粒原位增强铸造高铬热作模具钢及其制备方法
CN107747066B (zh) * 2017-11-13 2019-12-27 吉林大学 一种内生纳米TiC陶瓷颗粒原位增强铸造高铬热作模具钢及其制备方法
CN111057896A (zh) * 2018-10-16 2020-04-24 南京理工大学 真空电弧熔炼制备FeCoNiCu高熵合金与TiC颗粒复合增强铜基复合材料的方法
CN109913682A (zh) * 2019-04-04 2019-06-21 吉林大学 纳米碳化铌/碳纳米管增强金刚石复合材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102242303B (zh) 2012-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102242303B (zh) 一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜基复合材料及其制备方法
CN102260814B (zh) 一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
CN102277533B (zh) 一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铁基复合材料及其制备方法
CN104988438B (zh) 一种高强高导碳纳米管增强铜基复合材料及其制备方法
CN108359825B (zh) 一种陶瓷-石墨烯增强铜基复合材料的制备方法
WO2022041255A1 (zh) 采用微米陶瓷颗粒制备纳米相增强镍基高温合金的方法
CN109554565A (zh) 一种碳纳米管增强铝基复合材料的界面优化方法
CN110564988B (zh) 固相原位TiC＋Ti5Si3增强耐高温钛基复合材料及其制备方法
CN110331325A (zh) 一种纳米氧化铝增强铜基复合材料及其制备方法
CN108251674A (zh) 一种表面镀镍石墨烯增强铝基复合材料及其热挤压制备方法
CN110042280A (zh) 一种原位内生多相颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
CN109811177A (zh) 一种高导电高强度银-石墨烯复合材料的制备方法
CN102515770B (zh) 一种制备纳米SiC增强MoSi2复合材料的方法
CN101269966A (zh) 原位置换反应热压制备SiC/Ti3SiC2材料的方法
CN105385902B (zh) 一种AlN与AlB2颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
CN110117727A (zh) 一种基于3d打印技术制备颗粒增强金属基复合材料的方法
CN107099689A (zh) 一种原位反应生成的Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN107974569A (zh) 一种混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN109231990A (zh) 一种碳化钨-金刚石复合材料的制备方法
CN108149096A (zh) 一种纳米碳化硅粒子增强镁基复合材料的制备方法
CN109652679B (zh) 纳米碳管和内生纳米TiC颗粒混杂增强铝基复合材料及其制备方法
CN108034866B (zh) 一种高性能氮化硅铝基复合材料及其制备方法
CN111378871B (zh) 一种球磨混粉-放电等离子烧结钛基复合材料及制备方法
CN102601356B (zh) 一种铝包碳化硅复合颗粒及由其制备的复合材料
CN114836670A (zh) 一种接触反应制备混合陶瓷相增强铝基复合材料的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant