CN103343246B - 长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法及其熔铸装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，向铜熔体中添加强化相材料弥散颗粒，对铜熔体进行机械搅拌方法，并采用两个对向旋转磁场结合的方式在铜熔体凝固界面前沿产生强烈紊流，采用上引连铸工艺，使上引连铸过程中制备的铜基复合材料晶粒细化，并使强化相材料弥散颗粒均匀分布于铜基复合材料中，从而制备出长尺寸弥散强化铜基复合材料。本发明还公开了一种铜基复合材料熔铸装置。本发明能实现连续化生产，制得长尺寸弥散强化铜基复合材料将会在保持高的导电率的同时大大提高其强度，另外此法设备简单，可以进行大规模生产，缩短生产周期，投入生产后将会有很好的经济效益。

Description

长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法及其熔铸装置

技术领域

本发明涉及一种复合材料制备工艺和设备，特别是涉及一种铜基复合材料制备工艺和专用设备，应用于复合材料凝固技术领域。

背景技术

铜基复合材料作为一种有良好导电性和导热性的材料，在社会生活中备受人们关注，但是由于纯铜是一种很软的材料，在一些应用中受到限制，所以提高铜基材料的强度成为学者研究的重点。一般情况下提高铜基材料强度的方法有：应变强化、固溶强化和时效强化，但是由于以上三种强化方式都会引起晶体缺陷，比如：位错、空位以及晶格的畸变，这样虽然铜基材料的强度提高了，但是会不同程度地降低它的导电性和导热性，并且以上几种强化方式在高温时都会失效，所以必须通过另一种方式来强化以铜为基体的材料。

当材料在受力作用下变形时，一些具有适当晶体取向关系的晶粒中的位错首先增殖、滑移，并在晶界附近堆积产生应力场。在应力场作用下，相邻晶粒扭转并产生变形。在Cu-Al₂O₃、SiC、TiB₂、ZrO₂、石墨、SiO₂粉末以及Al₂O₃晶须、SiC晶须等复合材料中，以细小的陶瓷颗粒Al₂O₃弥散颗粒为强化相，在铜基体中产生钉扎效应，由于Al₂O₃的颗粒细小、稳定、坚硬的弥散分布于铜基体中阻碍了位错的滑移，从而达到了强化铜基体的目的，而且还能提高合金的再结晶温度。运用超细陶瓷Al₂O₃、SiC、TiB₂、ZrO₂、石墨、SiO₂颗粒以及Al₂O₃晶须、SiC晶须等弥散在铜基体中形成铜基复合材料，这种复合材料不仅可以保持纯铜优良的导电导热性能，而且它的力学性能将会大幅度提高，并且在高温下不会失效，所以这是一种在高温下可以保持较高强度铜基复合材料的强化方法。

目前制备弥散强化铜基复合材料有外加颗粒法和内生颗粒法两种。

外加颗粒法有：

1.粉末冶金法：这是一种利用复合粉末成型、烧结的方法，此种方法虽然可以制备小尺寸样品，但它生产工艺复杂，成本高，生产效率低，同时复合材料界面易受污染，界面反应严重。

2.中间合金法：这是把颗粒等增强物和基体金属粉末压制成中间合金块，加入基体合金溶液，但是在实际生产中，中间合金块压入金属溶液后长时间不溃散的问题，不可靠。

3.机械合金化法：通过高能球磨机长时间研磨使硬质粒子均匀的嵌入金属颗粒中，得到复合粉末，然后压紧、成型、烧结，用此法制成的复合粉末在烧结过程中会出现增强相的偏聚，从而影响复合材料的性能。

4.热压法：这是制备弥散强化复合材料的传统方法，增强颗粒经过预处理后制成预成型复合体，在真空或保护气氛下加热、加压而形成复合材料。这种方法相对粉末冶金法对增强颗粒损伤小，材料性能也较好，但生产设备昂贵，成本高，效率低。

5.复合电沉积法：通过将镀液中的陶瓷、矿物或树脂等颗粒与基体金属或合金共沉积到阴极表面形成复合镀层，从而大大改善材料的性能。这种方法不需高温、制备工艺简单、成本低廉、成分可控性好，但此法仅适表面强化复合材料。

6.搅拌铸造法：这是一种简单常用的方法。它是将固态Al₂O₃增强颗粒逐步加入到机械搅拌下的Cu液中，直接浇铸成型。高速搅拌有气体和夹杂物混入，偏析和“结团”现象也难以消除，颗粒的加入量也有限，最主要的是不能进行连续生产。

内生颗粒法有：

1.溶胶一凝胶法：这个方法是利用化学反应得到乳白色Al(OH)₃溶胶，再将铜粉缓慢地加入溶胶，搅拌、静置、过滤，得到铜与氢氧化铝湿凝胶的混合物，而后通过各种方法制得复合材料。此法工艺过程容易控制、成本低，有很好的工业应用前景。此法的缺点是:生成的增强颗粒比较大，只能存在于铜的边界，复合材料的孔隙较多。

2.反应喷射沉积法：它是利用Cu-Al雾化颗粒在含氧气的氮气中喷射沉积，利用氮气中的氧气使Al择优氧化反应生成A1₂0₃增强颗粒，在基底上沉积、冷却后形成Cu-A1₂0₃复合材料。这种方法存在增强颗粒过大而在凝固过程中发生漂浮现象，造成材料成分不均的缺点。

3.内氧化法：将不稳定的化合物粉末加入到合金粉末中，使合金中的活泼组元与加入的化合物发生热还原反应，生成所需的更加稳定的陶瓷增强颗粒，随后将复合粉末烧结、冷热变形制成复合材料，采用这种方法氧势不可调，成本高，罐密封要求高。

4.反应铸造法：在基体金属熔液内原位生成一种或几种能够强化金属基体的高硬度、高弹性模量的陶瓷增强相，搅拌后浇注成形。这种方法强化效果仍然有限，反应物配比不好控制，可能生成其他金属化合物或金属氧化物，从而使材料性能下降。

综合以上方法，其中没有一种方法可以生产长尺寸产品，从生产Cu-Al₂O₃、SiC、TiB₂、ZrO₂、石墨、SiO₂粉末以及Al₂O₃晶须、SiC晶须等复合材料的质量和成本来考虑，外加颗粒法中的搅拌铸造法是以上几种方法中比较好的，但是用这种方法制造的复合材料，气体、夹杂物的混入及增强相的不均匀大大降低了材料的性能，而且它不能进行连续生产，同样不能生产长尺寸产品，考虑到搅拌铸造法的不足，因此，由于技术本身的不足使制备弥散强化铜基复合材料受到很大的制约，这也是生产弥散强化铜基复合材料需要研究和亟待解决的关键问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的缺陷，提供一种长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法及其熔铸装置，应用石墨搅拌桨和对向旋转磁场对铜熔体中的增强相形成强烈的紊流搅拌和搓捻作用，使强化相Al₂O₃、SiC、TiB₂、ZrO₂、石墨、SiO₂粉末以及Al₂O₃晶须、SiC晶须等在铜熔体中分散均匀，同时利用铜熔体和增强相的密度差异，结合上引连铸凝固界面处于熔体上方的特点，强大的浮力将促进强化相颗粒或纤维被凝固界面吞没，进而均匀分布在凝固铜锭坯中，随着上引连铸过程的连续进行，就可制备出长尺寸的弥散强化铜合金的棒材或线材。

为达到上述发明创造目的，本发明的构思如下：

本发明通过采用连铸工艺、石墨搅拌桨和两个对向旋转磁场结合的方式在凝固界面前沿产生强烈紊流来制备长尺寸弥散强化铜基复合材料，主要技术采用的是上引连铸工艺，直接用石墨管将增强相陶瓷粉末Al₂O₃、SiC、TiB₂、ZrO₂、石墨、SiO₂粉末以及Al₂O₃晶须、SiC晶须等加入铜溶液中，由于增强相陶瓷颗粒Al₂O₃的密度比铜液轻，因此在铜液中会上浮，陶瓷颗粒从底部加入，在石墨搅拌桨的作用下初步分散开来，上浮至上引连铸的凝固界面处被界面吞没，凝固后的基体不断上移，凝固界面维持不变，复合过程不断重复，从而可以连续制备出长尺寸复合材料。在凝固过程中，陶瓷颗粒会在固液界面处聚集和团聚，为解决这个重大难题，本发明在固液界面处采用对向旋转磁场驱动凝固界面前沿的铜熔体做复杂紊流运动和搓捻运动，从而可以充分分散陶瓷颗粒或者晶须，此外，上引连铸独有的凝固界面处于铜熔体上方，铜熔体与结晶器紧密接触，因此强烈的搅拌也不会带入气体和夹杂，因此可以避免传统的下引连铸存在的颗粒团聚、卷气、卷渣的不足。本发明采用上引连铸主要是因为上引连铸凝固界面处于熔体上方的特点，强大的浮力将促进强化相颗粒或纤维被凝固界面吞没，进而均匀分布在凝固铜锭坯中，而对下引连铸和水平铸造而言，强化相颗粒会不可避免上浮至表面，对下引连铸而言，颗粒不容易被固液界面吞没，而对水平连铸而言，颗粒将上浮至上部，导致铸坯中的颗粒无法均匀，这都会使产品质量受到影响。

根据以上发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，向铜熔体中添加陶瓷粉末颗粒、陶瓷晶须或石墨粉体颗粒作为强化相材料弥散颗粒，采用对铜熔体机械搅拌方法，并采用两个对向旋转磁场结合的方式在铜熔体凝固界面前沿产生强烈紊流，采用上引连铸工艺，使上引连铸过程中制备的铜基复合材料晶粒细化，并使强化相材料弥散颗粒均匀分布于铜基复合材料中，从而制备出长尺寸弥散强化铜基复合材料。

作为本发明优选的技术方案，长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法包括如下步骤：

a.铜基复合材料成分配备：采用紫铜为原料进行熔炼，待其完全溶化后，形成铜液，将陶瓷粉末颗粒、陶瓷晶须或石墨粉体颗粒注入到铜液中，使粉体态注入材料与铜液混合，形成铜基复合材料熔体；

b.向铜基复合材料熔体施加接触式机械搅拌：在铜液上覆盖一层鳞片石墨，使铜液与外界气氛隔离，在石墨搅拌桨的搅拌作用下，使粉体态注入材料在铜液中形成成分均匀分布的混合熔体；石墨搅拌桨的转速优选在0.5-500转/秒之间可调；

c.向铜基复合材料熔体施加非接触式磁力搅拌：在上述步骤b中，对混合熔体进行上引连铸，当上引连铸开始后，混合溶体在结晶器中凝固结晶，同时在混合熔体凝固界面前沿施加两个对向正反转旋转磁场，使混合熔体凝固界面前沿的液相区域产生强烈紊流搅拌；对向旋转磁场的磁场强度通过线圈电流来控制，磁场强度最好在10-1200mT之间可调；对向旋转磁场的频率由线圈电流频率来控制，旋转磁场的频率最好在0.10-2000Hz之间可调；进行上引连铸时，混合熔体温度优选控制在1080-1350℃之间；上引连铸的上引速度根据铸锭尺寸不同而设定，上引速度优选在5-500mm/min之间可调；

d.长尺寸铜基复合材料制备：在上述步骤b和c中，通过复合搅拌作用，在结晶器中，使粉体态注入材料颗粒被混合熔体凝固界面逐渐吞没，通过上引连铸制备出长尺寸的弥散强化铜基复合材料。

上述技术方案所制备的长尺寸弥散强化铜基复合材料的形状优选为棒状、方形、板型或者异形，其中棒状的长尺寸弥散强化铜基复合材料的直径为5-300mm。

上述技术方案所制备的铜基复合材料中的增强强化相材料的质量分数优选在3-10％之间，强化相材料是弥散颗粒粒径优选为0.001-0.1μm的Al₂O₃、SiC、TiB₂、ZrO₂、石墨或SiO₂的超细颗粒，强化相材料或者是体积分数优选介于3-30％之间而且直径最好小于10μm且最好长径比超过20的Al₂O₃晶须和SiC晶须中的任意一种。

本发明还提供了一种铜基复合材料熔铸装置，包括熔炼炉、温度控制器、加料装置、连铸装置和搅拌装置，熔炼炉为中频感应炉，通过控制中频电源的输出功率来控制中频感应炉的加热功率，熔炼炉的功率在0-100kw可调，温度控制器为热电偶，通过热电偶采集中频感应炉内熔体的温度数据，来调节中频电源的输出功率，从而将中频感应炉内熔体的温度稳定在设定值；加料装置为粉末推送装置，将铜基复合材料的原料分别按照设定速度推入中频感应炉内，进行按需供料和按比例配料；连铸装置的引锭杆插入中频感应炉内熔体中，通过上引电控牵引设备控制滚动轮使其以设定速度缓慢上引，将凝固的铸坯连续从结晶器顶端出口拉出；搅拌装置是由机械搅拌装置和电磁搅拌装置形成复合搅拌系统，机械搅拌装置为石墨搅拌桨，使粉体态注入材料在基体材料的熔体中充分分散，电磁搅拌装置为对向旋转磁场发生器，通过施加对向旋转磁场发生器对在结晶器内熔体凝固界面前沿的液相区域产生强烈紊流，实现增强搅拌。

上述电磁搅拌装置最好为非接触地套在结晶器外部的至少两组通电线圈，位于结晶器下端接近铜液凝固的液固界面附近区域，线圈的中心轴线和结晶器中心轴线重合，线圈内电流的方向、大小和频率最好可调，产生正反旋转磁场。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明可以连续加入Al₂O₃粉末等陶瓷颗粒或者晶须，且与上引连铸过程复合，因此可以生产出高质量长尺寸的复合材料，而采用下引连铸和水平连铸则无法实现长尺寸弥散铜合金材料的连续制备；

2.由于加入Al₂O₃粉末的位置在结晶器的下方，Al₂O₃粉末的密度比Cu液小，加入铜液后存在较大的浮力，当Al₂O₃粉末抵达固液界面时，巨大的浮力将促进Al₂O₃粉末颗粒被凝固界面吞没，促进颗粒进入固相；

3.上引连铸过程的凝固界面处于熔体上方，铜熔体与结晶器紧密接触，因此，能获得洁净的铜熔体，即使在强烈的搅拌下也能防止气体和夹杂物的引入；

4.Al₂O₃粉末加入到铜液中后，在石墨搅拌桨的作用下，可以初步分散，避免大规模团聚；

5.两个对向旋转磁场将在凝固界面前沿形成强烈的紊流，可以分散颗粒或晶须，避免小规模团聚，使强化相均匀分布于铜连铸坯基体中；

6.两个对向旋转磁场的加入，在固液凝固前沿产生的强烈紊流，将显著细化铜基体晶粒，增强复合材料的强度；

7.本粉末方法能简化生产工艺，缩短生产周期，提高生产率，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例一铜基复合材料熔铸装置结构示意图。

图2为本发明实施例一的熔体凝固界面前沿的液相区域和电磁搅拌装置结构示意图。

图3为图2中沿A-A线的剖视图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图2和图3，一种长尺寸的Al₂O₃弥散强化Cu基复合材料的制备方法，采用Al₂O₃作为增强相弥散材料，用紫铜作为基体材料，即向铜熔体中按照质量分数为5％的成分比例添加Al₂O₃陶瓷粉末颗粒，采用对铜熔体机械搅拌方法，并采用两个对向旋转磁场结合的方式在铜熔体凝固界面前沿产生强烈紊流，充分搅拌，采用上引连铸工艺，使上引连铸过程中制备的Cu-Al₂O₃复合材料晶粒细化，并使强化相Al₂O₃弥散颗粒均匀分布于铜基复合材料中，从而制备出长尺寸Al₂O₃弥散强化Cu基复合材料。

在本实施例中，参见图1～图3，长尺寸弥散强化Cu-Al₂O₃复合材料的制备方法的Cu-Al₂O₃复合材料熔铸装置，包括熔炼炉、温度控制器、加料装置、连铸装置和搅拌装置，熔炼炉为中频感应炉9，通过控制中频电源8的输出功率来控制中频感应炉9的加热功率，温度控制器为热电偶7，通过热电偶7采集中频感应炉9内熔体的温度数据进行检测，来调节中频电源8的输出功率，从而将中频感应炉9内熔体的温度稳定在设定值；加料装置为粉末推送装置6，将铜基复合材料的原料紫铜和Al₂O₃粉末材料分别按照设定速度推入中频感应炉9内，进行按需供料和按比例配料，上引过程中复合材料中Al₂O₃的含量由粉末推送装置6的石墨管中的推杆的推进速度决定；连铸装置的引锭杆2插入中频感应炉9内熔体中，通过上引电控牵引设备控制滚动轮3使其以设定速度缓慢上引，将凝固的铸坯连续从结晶器4顶端出口拉出；搅拌装置是由机械搅拌装置和电磁搅拌装置形成复合搅拌系统，机械搅拌装置为石墨搅拌桨10，使Al₂O₃陶瓷粉末材料在Cu基体材料的熔体中充分分散，电磁搅拌装置为对向旋转磁场发生器5，通过施加对向旋转磁场发生器5对在结晶器4内Cu-Al₂O₃混合熔体凝固界面前沿的液相区域1产生强烈紊流，实现增强搅拌。以保证超细陶瓷Al₂O₃粉末被凝固界面吞没迅速凝固，从而能制备出弥散强化铜基复合材料，这样制备出的复合材料在强度方面将会大大提高，而其导电性不会受太大影响。

在本实施例中，电磁搅拌装置为非接触地套在结晶器4外部的至少两组通电线圈，位于结晶器4下端接近铜液凝固的液固界面附近区域，线圈的中心轴线和结晶器4中心轴线重合，正反旋转磁场强度由线圈中的电流决定可调，线圈内电流的方向、大小和频率可调，产生正反旋转磁场，本实施例通过两个对向旋转磁场在凝固界面前沿产生强烈紊流，使上引连铸过程中晶粒细化，使增强相颗粒均匀分布于基体中。

在本实施例中，将紫铜融化后，通过热电偶7测试温度，调节中频电源8的功率，在上引连铸过程中通过调节熔炼炉的功率将Cu液温度温度稳定在1150℃，之后在铜液表面覆盖一层鳞片石墨，以防止氧和氢元素进入铜液，待温度稳定后，开启结晶器的冷却水，冷却水的水流量在500-3000ml/s之间以保证有足够的冷却温度，然后将引锭杆2插入结晶器4中，在底端露出1cm左右，最后将结晶器4插入到铜液中，等待2-3min，待突出结晶器4的引锭杆2溶掉后，开启石墨搅拌桨10以10转/秒的速度摆动，以5mm/s的速度慢慢推动粉末推送装置6，将其中的Al₂O₃粉末推入铜液中，然后通过电控牵引设备控制滚动轮3使其以5mm/s的速度缓慢上引，同时开启两个对向旋转磁场发生器5产生200mT旋转磁场进而在凝固界面前沿的液相区域1产生强烈紊流实现搅拌和细晶作用，就这样边上引边推动粉末推送装置6，同时不断地缓慢地加入紫铜片，Cu和Al₂O₃的混合溶液会在大气压的作用下压入到结晶器4中，在强烈紊流的作用下变得均匀，然后遇冷凝固，这样反复不停的凝固同时向上牵引，就会得到Al₂O₃均匀分布于Cu基体中且晶粒细化的Cu-Al₂O₃复合材料。

本实施例采用紫铜为原料进行熔炼，待其完全溶化后，将超细陶瓷Al₂O₃粉通过粉末推送装置6的石墨管注入到Cu液中，由于Al₂O₃粉末的密度比Cu液小，所以当Al₂O₃粉末注入到Cu液中时会向上悬浮，在石墨搅拌桨10的作用下，Al₂O₃粉末会逐渐散开，会在结晶器4下端形成Cu和Al₂O₃的混合溶体，当上引连铸开始后，混合溶体会在结晶器4中凝固结晶，这个过程同时伴随着正反转旋转磁场在凝固界面前沿产生的强烈紊流搅拌，起到均匀Al₂O₃粉末和细化晶粒的作用，防止了Al₂O₃粉末的团聚，在凝固过程中增强相陶瓷颗粒Al₂O₃会被凝固界面逐渐吞没，从而进入铜基体中，这个过程会在连铸过程中反复重复着，从而制备出长尺寸的弥散强化铜基复合材料。

由于超细颗粒在熔体中会有聚集和团聚现象，影响增强相的均匀分布，本实施例长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法在传统搅拌铸造法基础上，运用上引连铸制造复合材料的同时，创造性用石墨搅拌桨10和两个对向旋转磁场控制了增强相的均匀度，无接触的对向旋转会在凝固界面前沿的铜熔体产生复杂紊流运动和强烈的搓捻对流运动，因此能使颗粒充分分散均匀，另外在铜液上覆盖一层鳞片石墨避免了气体和夹杂物地混入，此外，上引连铸独有的凝固界面处于铜熔体上方，铜熔体与结晶器紧密接触，因此强烈的搅拌也不会带入气体和夹杂，在动态的结晶过程中，有效地抑制偏析和结团均匀增强相，而且可以大大细化晶粒，并且颗粒可以连续加入，实现连续化生产，制得的Cu-Al₂O₃复合材料将会在保持高的导电率的同时大大提高其强度，另外此法设备简单，可以进行大规模生产，缩短生产周期，投入生产后将会有很好的经济效益。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，采用碳化硅晶须作为增强相弥散材料，所用的碳化硅晶须为直径小于10μm且长径比超过20的细小晶须，同样也是在1150℃下，用粉末推送装置6以5mm/s的速度将细小碳化硅晶须送入铜液底部，碳化硅晶须密度小于铜液，也会在浮力的作用下缓慢上浮，在石墨搅拌桨10作用下分散，待其上浮到固液凝固界面前沿时，在200mT旋转磁场产生的强烈紊流的作用下均匀分布，同时被凝固界面吞没，在上引电控牵引设备开启后，这个过程会反复不断的重复着，控制上引速度在5mm/s，不断地补充铜液，使液面稳定在一定高度，再通过粉末推送装置6控制着碳化硅晶须的加入量，从而制备出强化相体积分数在8％左右的长尺寸弥散强化铜基复合材料。

实施例三：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，将直径为0.1μm石墨颗粒作为强化相送入铜液底部，加入速率和前述实例相同，粉末推送装置6采用5mm/s的推进速度，引锭杆2上引速率采用5mm/s，在200mT旋转磁场的作用下缓慢上引，制备出强化相体积分数为8％的石墨颗粒弥散强化Cu基复合材料。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法及其熔铸装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于：向铜熔体中添加陶瓷粉末颗粒、陶瓷晶须或石墨粉体颗粒作为强化相材料弥散颗粒，采用对铜熔体机械搅拌方法，并采用两个对向旋转磁场结合的方式在铜熔体凝固界面前沿产生强烈紊流，采用上引连铸工艺，使上引连铸过程中制备的铜基复合材料晶粒细化，并使强化相材料弥散颗粒均匀分布于铜基复合材料中，从而制备出长尺寸弥散强化铜基复合材料。

2.根据权利要求1所述的长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a. 铜基复合材料成分配备：采用紫铜为原料进行熔炼，待其完全溶化后，形成铜液，将陶瓷粉末颗粒、陶瓷晶须或石墨粉体颗粒注入到铜液中，使粉体态注入材料与铜液混合，形成铜基复合材料熔体；

b. 向铜基复合材料熔体施加接触式机械搅拌：在铜液上覆盖一层鳞片石墨，使铜液与外界气氛隔离，在石墨搅拌桨的搅拌作用下，使粉体态注入材料在铜液中形成成分均匀分布的混合熔体；

c. 向铜基复合材料熔体施加非接触式磁力搅拌：在上述步骤b中，对混合熔体进行上引连铸，当上引连铸开始后，混合溶体在结晶器中凝固结晶，同时在混合熔体凝固界面前沿施加两个对向正反转旋转磁场，使混合熔体凝固界面前沿的液相区域产生强烈紊流搅拌；

d. 长尺寸铜基复合材料制备：在上述步骤b和c中，通过复合搅拌作用，在结晶器中，使粉体态注入材料颗粒被混合熔体凝固界面逐渐吞没，通过上引连铸制备出长尺寸的弥散强化铜基复合材料。

3.根据权利要求2所述的长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于：在上述步骤c中，对向旋转磁场的磁场强度通过线圈电流来控制，磁场强度在10-1200mT之间可调；对向旋转磁场的频率由线圈电流频率来控制，旋转磁场的频率在0.10-2000Hz之间可调。

4.根据权利要求2或3所述的长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于：在上述步骤c和d中，进行上引连铸时，混合熔体温度控制在1080-1350℃之间。

5.根据权利要求2或3所述的长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于：在上述步骤c和d中，上引连铸的上引速度根据铸锭尺寸不同而设定，上引速度在5-500mm/min之间可调。

6.根据权利要求2或3所述的长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于：在上述步骤b中，石墨搅拌桨的转速在0.5-500转/秒之间可调。

7.根据权利要求1～3中任意一项所述的长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所制备的长尺寸弥散强化铜基复合材料的形状为棒状、方形、板型或者异形，其中棒状的长尺寸弥散强化铜基复合材料的直径为5-300mm。

8.根据权利要求1～3中任意一项所述的长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于：铜基复合材料中的增强强化相材料的质量分数在3-10％之间，该增强强化相材料是弥散颗粒粒径为0.001-0.1μm的Al₂O₃、SiC、TiB₂、ZrO₂、石墨或SiO₂的超细颗粒；该增强强化相材料或者是体积分数介于3-30％之间而且直径小于10μm且长径比超过20的Al₂O₃晶须和SiC晶须中的任意一种。

9.一种实现权利要求1或2所述的长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法的铜基复合材料熔铸装置，包括熔炼炉、温度控制器、加料装置、连铸装置和搅拌装置，其特征在于：

所述熔炼炉为中频感应炉（9），通过控制中频电源（8）的输出功率来控制中频感应炉（9）的加热功率，温度控制器为热电偶（7），通过所述热电偶（7）采集所述中频感应炉（9）内熔体的温度数据，来调节所述中频电源（8）的输出功率，从而将所述中频感应炉（9）内熔体的温度稳定在设定值；

所述加料装置为粉末推送装置（6），将铜基复合材料的原料分别按照设定速度推入所述中频感应炉（9）内，进行按需供料和按比例配料；

所述连铸装置的引锭杆（2）插入所述中频感应炉（9）内熔体中，通过上引电控牵引设备控制滚动轮（3）使其以设定速度缓慢上引，将凝固的铸坯连续从结晶器（4）顶端出口拉出；

所述搅拌装置是由机械搅拌装置和电磁搅拌装置形成复合搅拌系统，所述机械搅拌装置为石墨搅拌桨（10），使粉体态注入材料在基体材料的熔体中充分分散，所述电磁搅拌装置为对向旋转磁场发生器（5），通过施加所述对向旋转磁场发生器（5）对在所述结晶器（4）内熔体凝固界面前沿的液相区域（1）产生强烈紊流，实现增强搅拌。

10.根据权利要求9所述的铜基复合材料熔铸装置，其特征在于：所述电磁搅拌装置为非接触地套在所述结晶器（4）外部的至少两组通电线圈，位于所属结晶器（4）下端接近铜液凝固的液固界面附近区域，线圈的中心轴线和所述结晶器（4）中心轴线重合，线圈内电流的方向、大小和频率可调，产生正反旋转磁场。