CN103769589B

CN103769589B - 一种高强韧高导电纯铜烧结块材的制备方法

Info

Publication number: CN103769589B
Application number: CN201410020155.1A
Authority: CN
Inventors: 席生岐; 孙崇锋; 郑晓雪; 李龙雨; 周赟
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2034-01-16
Also published as: CN103769589A

Abstract

本发明公开一种高强韧高导电纯铜烧结块材的制备方法，包括：1）、将纯铜粉末装入有高纯石墨纸保护的高温合金模具的模腔内；将高温合金模具安装于热压烧结炉中；2）、加初始压力620～630MPa；3）、在该压力下冷压保压15min；4）、卸压至205～210MPa，保持该压力，热压烧结炉送电加热；5）、从室温以10℃/min的升温速率升温至烧结温度900～950℃保温1h；6）、热压烧结炉断电冷却至室温，卸压，取出纯铜烧结块材。本发明所制备的纯铜烧结块材的电导率为95.5～97.0%IACS，抗拉强度为300～313MPa，延伸率为30.7～39.3%。

Description

一种高强韧高导电纯铜烧结块材的制备方法

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，特别设计一种纯铜烧结块材的制备方法。

背景技术

纯铜主要用于高导电和高导热的电子电力器件、散热器等零部件上。一般熔铸生产纯铜电导率高在95%ICAS以上，强度低于250MPa，采用加工硬化处理，强度可提高到350MPa，但导电性下降，特别是延伸率低于5%，限制了其工程应用范围。采用粉末冶金生产纯铜合金，在通常200～250MPa冷压800～900℃烧结工艺下，其电导率在80～90%IACS，强度低于200MPa，延伸率在25～30%，在930℃以上烧结，随后复压精整或锻造等复杂工艺下，粉末冶金纯铜性能可接近熔铸纯铜。

然上述几种方法所制备出的纯铜块材的导电率、抗拉强度和延伸率仍然偏低，不能满足某些特殊场合的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强韧高导电纯铜烧结块材的制备方法，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高强韧高导电纯铜烧结块材的制备方法，包括以下步骤：

1）、将纯铜粉末装入有高纯石墨纸保护的高温合金模具的模腔内；将高温合金模具安装于热压烧结炉中；

2）、加初始压力620～630MPa；

3）、在该初始压力下冷压保压15min；

4）、卸压至205～210MPa，保持该压力，热压烧结炉送电加热；

5）、从室温以10℃/min的升温速率升温至烧结温度850～950℃保温1h；

6）、热压烧结炉断电冷却至室温，卸压，取出纯铜烧结块材。

本发明进一步的改进在于：步骤5）中烧结温度为900～950℃。

本发明进一步的改进在于：步骤5）中烧结温度为950℃。

本发明进一步的改进在于：纯铜粉末的平均粒度为200目，纯度大于或等于99.8%。

本发明进一步的改进在于：所述纯铜粉末被高纯石墨纸包裹。

本发明进一步的改进在于：所述纯铜烧结块材的电导率为95.5～97.0%IACS，抗拉强度为300～313MPa，延伸率为30.7～39.3%。

本发明进一步的改进在于：热压烧结炉由四立柱油压机和半开式碳化硅棒加热炉膛组成，油压机吨位为60吨，半开式碳化硅棒加热炉膛的加热温度达1300℃。

本发明进一步的改进在于：所述高温合金模具耐热温度为1100℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）、采用中压烧结获得高强韧高导电的纯铜烧结块材；

2）、无气氛保护；

3）、烧结工艺使用的附加石墨纸的高温合金模具组合；

4）、解决了一般真空热压烧结炉压强受石墨模具限制，不能在较高压强下热压烧结的困境；

5）、解决了一般热压烧结需特别保护如真空或惰性气氛的烧结环境要求。

本发明提出并实现了中压烧结，无需气氛保护，获得高致密烧结纯铜块材，保证烧结纯铜块材具有高强韧高导电的综合优异性能；所制备的纯铜烧结块材的电导率为95.5～97.0%IACS，抗拉强度为300～313MPa，延伸率为30.7～39.3%。

具体实施方式

本发明一种高强韧高导电纯铜烧结块材的制备方法，包括以下步骤：

1）、将商品纯铜粉末（平均粒度为200目，纯度为99.8%）装入有高纯石墨纸保护的高温合金模具的模腔内；将高温合金模具安装于热压烧结炉中；

2）、加初始压力620～630MPa；

3）、在该初始压力下冷压保压15min；

4）、卸压至205～210MPa，保持该压力，热压烧结炉送电加热；

6）、断电冷却至室温，卸压，取出纯铜烧结块材。

上述热压烧结炉由普通四立柱油压机和半开式碳化硅棒加热炉膛组成，无需气氛保护，油压机吨位达60吨，加热温度可达1300℃，可保证中压烧结工艺参数实现。

高温合金模具的材料为高温合金材料，其耐热温度达到1100℃即可，模腔内接触纯铜粉末处均加附高纯石墨纸，其作用：1）在高温下形成一个还原保护气氛环境，保证纯铜粉末烧结过程中不氧化；2）便于烧结完成后脱模取样。

本发明一种高强韧高导电纯铜烧结块材的制备方法，其在不同烧结温度下所获得的纯铜烧结块材，经测试其性能参数如下：

1、950℃烧结：密度8.74g/cm3，抗拉强度313MPa，屈服强度153MPa，延伸率39.3%，电导率97.0%。

2、900℃烧结：密度8.67g/cm3，抗拉强度300MPa，屈服强度170MPa，延伸率30.7%，电导率95.5%。

3、850℃烧结：密度8.71g/cm3，抗拉强度310MPa，屈服强度232MPa，延伸率15.0%，电导率94.5%。

一般粉末冶金纯铜的性能参数为：密度8.2～8.6g/cm3，抗拉强度<210MPa，延伸率20～25%，电导率80～90%；本发明所制备的铜烧结块材与一般粉末冶金纯铜相比：密度高，导电率高，强度高，延伸率大，达到烧结后复锻精整致密块材性能。

本发明相对于现有技术，具有特点：1）采用高温合金模具实现中压高温烧结；2）无需保护气氛或真空仅用专用石墨纸垫保护；3）加压工艺；4）烧结温度。

为获得综合性能优异的纯铜材料，本发明采用中压热压烧结工艺，利用商品纯铜粉末（粒度-200目，纯度99.8%），制备了高强韧高导电纯铜块材，材料的电导率在95.5～97.0%IACS，抗拉强度在300～313MPa，延伸率在30.7～39.3%。这种纯铜材料性能不但超越了粉末冶金后精整或锻造纯铜，和熔铸纯铜相比，在电导率相近的情况下，具有优异的力学性能，高强度同时保有很高的延伸率。

本发明的核心工艺在于采用中压热压烧结，使粉末冶金纯铜的密度达到8.7，按纯铜计算的理论密度8.89（纯铜理论密度：计算值8.89，文献值8.94）计算，致密度98%左右，从而确保了其具有高的电导率同时还具有优异的力学性能。

Claims

1.一种高强韧高导电纯铜烧结块材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、将纯铜粉末装入有高纯石墨纸保护的高温合金模具的模腔内；所述纯铜粉末被高纯石墨纸包裹；将高温合金模具安装于热压烧结炉中；

2)、加初始压力620～630MPa；

3)、在该初始压力下冷压保压15min；

4)、卸压至205～210MPa，保持该压力，热压烧结炉送电加热；

5)、从室温以10℃/min的升温速率升温至烧结温度850～950℃保温1h；

6)、热压烧结炉断电冷却至室温，卸压，取出纯铜烧结块材。

2.根据权利要求1所述的一种高强韧高导电纯铜烧结块材的制备方法，其特征在于，步骤5)中烧结温度为900～950℃。

3.根据权利要求1所述的一种高强韧高导电纯铜烧结块材的制备方法，其特征在于，步骤5)中烧结温度为950℃。

4.根据权利要求1所述的一种高强韧高导电纯铜烧结块材的制备方法，其特征在于，纯铜粉末的平均粒度为200目，纯度大于或等于99.8％。

5.根据权利要求2所述的一种高强韧高导电纯铜烧结块材的制备方法，其特征在于，所述纯铜烧结块材的电导率为95.5～97.0％IACS，抗拉强度为300～313MPa，延伸率为30.7～39.3％。

6.根据权利要求1所述的一种高强韧高导电纯铜烧结块材的制备方法，其特征在于，热压烧结炉由四立柱油压机和半开式碳化硅棒加热炉膛组成，油压机吨位为60吨，半开式碳化硅棒加热炉膛的加热温度达1300℃。

7.根据权利要求1所述的一种高强韧高导电纯铜烧结块材的制备方法，其特征在于，所述高温合金模具耐热温度为1100℃。