CN104328298B - 铜基复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜基复合材料及其制备方法，该复合材料含有以下质量百分含量的组分：粒度≤83μm、纯度≥99.4%的钼粉4～8%、粒度≤85μm、纯度≥99.8%的石墨粉7～9%、粒度≤45μm、纯度≥98.8%的硼化钛5～9%、粒度≤60μm、纯度≥99.2%的氧化银4～12%、粒度≤100μm、纯度≥99.6%的氧化锡5～8%、粒度为0.02～5μm、纯度≥99.8%的碳酸钙6～7%、其余为粒度≤70μm、纯度≥99.3%的铜粉。制备方法：将各成分混匀后烘干，烘干温度为155～165℃，烘干时间1～2h；过GB6003规定的200目筛；在600～700MPa的压力下压制成型；烧结，烧结温度为600～700℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min；降温冷却至15～30℃。碳酸钙的加入明显增强了本发明复合材料的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于冶金复合材料领域，尤其涉及一种铜基复合材料及其制备方法。
背景技术
粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种少无切削工艺。复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。现有技术的铜基复合材料由于各种组分的添加，容易使基体变形，导致基体不稳定，降低其力学性能。
铜基复合材料的是由纤维等增强材料与铜粉等2种或2种以上性质不同的材料，通过各种工艺手段组合而成。它与纤维增强塑料（FRP）、纤维增强金属（FRM）、金属-塑料层叠材料等相当，具有质量轻、强度高、刚度好的特点，这些复合材料在汽车零部件上应用很盛行。但是现有技术的铜基复合材料的拉伸强度和屈服强度一般，使用范围受限。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种铜基复合材料及其制备方法，复合材料的拉伸强度和屈服强度较强，力学性能良好。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
铜基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度≤83μm、纯度≥99.4%的钼粉4～8%、粒度≤85μm、纯度≥99.8%的石墨粉7～9%、粒度≤45μm、纯度≥98.8%的硼化钛5～9%、粒度≤60μm、纯度≥99.2%的氧化银4～12%、粒度≤100μm、纯度≥99.6%的氧化锡5～8%、粒度为0.02～5μm、纯度≥99.8%的碳酸钙6～7%、其余为粒度≤70μm、纯度≥99.3%的铜粉。
作为对本发明的进一步改进，铜基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：钼粉6%、石墨粉8%、硼化钛7%、氧化银8%、氧化锡6%、碳酸钙6.5%、其余为铜粉。
作为对本发明的进一步改进，碳酸钙为微细碳酸钙粉，粒径为0.1μm～1μm。
上述铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将钼粉、石墨粉、硼化钛、氧化银、氧化锡、碳酸钙粉、铜粉混匀后烘干，烘干温度为155～165℃，烘干时间1～2h；
（2）过GB6003规定的200目筛；
（3）在600～700MPa的压力下压制成型；
（4）烧结，烧结温度为600～700℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min。
（5）降温冷却至15～30℃。
步骤（4）升温速率为80～90℃/min。
步骤（5）降温速率为1.5℃/min。
原理：碳酸钙的加入限制了基体的变形，导致基体处于很高的应力状态，宏观上增强了复合材料的力学性能。
有益效果
本发明的拉伸强度为269～276MPa，屈服强度为178～180MPa，弹性模量为86～89GPa，说明碳酸钙的加入明显增强了复合材料的力学性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍，但不局限于此。
实施例1
铜基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度≤83μm、纯度≥99.4%的钼粉6%、粒度≤85μm、纯度≥99.8%的石墨粉8%、粒度≤45μm、纯度≥98.8%的硼化钛7%、粒度≤60μm、纯度≥99.2%的氧化银8%、粒度≤100μm、纯度≥99.6%的氧化锡6%、粒度为0.02～5μm、纯度≥99.8%的碳酸钙6.5%、其余为粒度≤70μm、纯度≥99.3%的铜粉。
碳酸钙为微细碳酸钙粉，粒径为0.1μm～1μm。
上述铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将钼粉、石墨粉、硼化钛、氧化银、氧化锡、碳酸钙粉、铜粉混匀后烘干，烘干温度为155～165℃，烘干时间1～2h；
（2）过GB6003规定的200目筛；
（3）在600～700MPa的压力下压制成型；
（4）烧结，烧结温度为600～700℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min。
（5）降温冷却至15～30℃。
步骤（4）升温速率为80～90℃/min。
步骤（5）降温速率为1.5℃/min。
实施例2
铜基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度≤83μm、纯度≥99.4%的钼粉4%、粒度≤85μm、纯度≥99.8%的石墨粉7%、粒度≤45μm、纯度≥98.8%的硼化钛5%、粒度≤60μm、纯度≥99.2%的氧化银4%、粒度≤100μm、纯度≥99.6%的氧化锡5%、粒度为0.02～5μm、纯度≥99.8%的碳酸钙6%、其余为粒度≤70μm、纯度≥99.3%的铜粉。
上述铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将钼粉、石墨粉、硼化钛、氧化银、氧化锡、碳酸钙粉、铜粉混匀后烘干，烘干温度为155～165℃，烘干时间1～2h；
（2）过GB6003规定的200目筛；
（3）在600～700MPa的压力下压制成型；
（4）烧结，烧结温度为600～700℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min。
（5）降温冷却至15～30℃。
步骤（4）升温速率为80～90℃/min。
步骤（5）降温速率为1.5℃/min。
实施例3
铜基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度≤83μm、纯度≥99.4%的钼粉8%、粒度≤85μm、纯度≥99.8%的石墨粉9%、粒度≤45μm、纯度≥98.8%的硼化钛9%、粒度≤60μm、纯度≥99.2%的氧化银12%、粒度≤100μm、纯度≥99.6%的氧化锡8%、粒度为0.02～5μm、纯度≥99.8%的碳酸钙7%、其余为粒度≤70μm、纯度≥99.3%的铜粉。
上述铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将钼粉、石墨粉、硼化钛、氧化银、氧化锡、碳酸钙粉、铜粉混匀后烘干，烘干温度为155～165℃，烘干时间1～2h；
（2）过GB6003规定的200目筛；
（3）在600～700MPa的压力下压制成型；
（4）烧结，烧结温度为600～700℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min。
（5）降温冷却至15～30℃。
步骤（4）升温速率为80～90℃/min。
步骤（5）降温速率为1.5℃/min。
实施例4
铜基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度≤83μm、纯度≥99.4%的钼粉5%、粒度≤85μm、纯度≥99.8%的石墨粉8%、粒度≤45μm、纯度≥98.8%的硼化钛6%、粒度≤60μm、纯度≥99.2%的氧化银5%、粒度≤100μm、纯度≥99.6%的氧化锡6%、粒度为0.02～5μm、纯度≥99.8%的碳酸钙6.3%、其余为粒度≤70μm、纯度≥99.3%的铜粉。
上述铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将钼粉、石墨粉、硼化钛、氧化银、氧化锡、碳酸钙粉、铜粉混匀后烘干，烘干温度为155～165℃，烘干时间1～2h；
（2）过GB6003规定的200目筛；
（3）在600～700MPa的压力下压制成型；
（4）烧结，烧结温度为600～700℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min。
（5）降温冷却至15～30℃。
步骤（4）升温速率为80～90℃/min。
步骤（5）降温速率为1.5℃/min。
对比例1
与实施例1相同，不同在于：不加碳酸钙。
性能测试试验
测试结果见下表1。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | |
| 拉伸强度MPa | 276 | 275 | 269 | 273 | 216 |
| 屈服强度MPa | 180 | 178 | 179 | 178 | 101 |
| 弹性模量GPa | 89 | 86 | 88 | 86 | 45 |
结论：对比例1的拉伸强度为216MPa，屈服强度为101MPa，弹性模量为45GPa，本发明的拉伸强度为269～276MPa，屈服强度为178～180MPa，弹性模量为86～89GPa，说明碳酸钙的加入明显增强了复合材料的力学性能。
Claims (5)
1.铜基复合材料，其特征在于，含有以下质量百分含量的组分：粒度≤83μm、纯度≥99.4%的钼粉4～8%、粒度≤85μm、纯度≥99.8%的石墨粉7～9%、粒度≤45μm、纯度≥98.8%的硼化钛5～9%、粒度≤60μm、纯度≥99.2%的氧化银4～12%、粒度≤100μm、纯度≥99.6%的氧化锡5～8%、粒度为0.02～5μm、纯度≥99.8%的碳酸钙6～7%、其余为粒度≤70μm、纯度≥99.3%的铜粉，其制备方法包括以下步骤：
（1）将钼粉、石墨粉、硼化钛、氧化银、氧化锡、碳酸钙粉、铜粉混匀后烘干，烘干温度为155～165℃，烘干时间1～2h；
（2）过GB6003规定的200目筛；
（3）在600～700MPa的压力下压制成型；
（4）烧结，烧结温度为600～700℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min；
（5）降温冷却至15～30℃。
2.根据权利要求1所述的铜基复合材料，其特征在于含有以下质量百分含量的组分，钼粉6%、石墨粉8%、硼化钛7%、氧化银8%、氧化锡6%、碳酸钙6.5%、其余为铜粉。
3.根据权利要求1所述的铜基复合材料，其特征在于，碳酸钙为微细碳酸钙粉，粒径为0.1μm～1μm。
4.根据权利要求1所述的铜基复合材料，其特征在于，步骤（4）升温速率为80～90℃/min。
5.根据权利要求1所述的铜基复合材料，其特征在于，步骤（5）降温速率为1.5℃/min。
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Effective date of registration: 20160808 Address after: 330000 hi tech Road, hi tech Industrial Development Zone, Jiangxi, Nanchang Applicant after: JIANGXI COPPER TAIYI SPECIAL ELECTRICAL MATERIALS COMPANY LIMITED Address before: 266000 Licang, Qingdao, No. nine East water road, No. 320, No. Applicant before: QINGDAO YULANXIANG BUSINESS SERVICE CO., LTD. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 330000 high tech Industrial Development Zone, Nanchang, Jiangxi Patentee after: Jiangxi Jiang Tong Tai Yi special electrical material Co., Ltd. Address before: 330000 high tech Industrial Development Zone, Nanchang, Jiangxi Patentee before: JIANGXI COPPER TAIYI SPECIAL ELECTRICAL MATERIALS COMPANY LIMITED |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160907 Termination date: 20201022 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |