CN105369052A - 一种SiC-Cu电接触材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种SiC-Cu电接触材料及其制备方法。所述的SiC-Cu电接触材料，其特征在于，其原料包含碳化硅粉3vol％～10vol％，Cu粉88vol％～97vol％和添加剂0.1vol％～3vol％。制备方法采用高能球磨、冷等静压、热等静压及后续热处理方法。由于添加剂改善了铜基体与SiC之间的润湿性，极大改善了界面结合。与传统SiC-Cu材料相比，本发明得到的SiC-Cu材料具有更高的抗熔焊性、力学强度及耐摩擦性能。

Description

一种SiC-Cu电接触材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种粉末合金材料技术领域的电接触材料，具体地说，涉及的是一种SiC-Cu电接触材料及其制备方法。
背景技术
SiC-Cu电接触材料具有良好的导电、导热性能，接触电阻低而稳定，抗侵蚀性能优良。另外，该材料制造成本低，适合大规模生产。因此SiC-Cu材料一直是电接触领域中极具潜力的候选新型材料。但是由于SiC与Cu金属之间缺乏良好的润湿性，致使很难获得高致密、高性能的复合材料。因此如何方便有效地改善界面润湿问题，以获得电接触领域所需的高性能材料一直是国内外所关注的焦点。
关于改善SiC-Cu复合材料的制备，国内外基本研究具体如下：
(1)罗贤，杨延清；Ti在Cu/SiC复合材料中用作界面改性的研究。稀有金属材料与工程，2008，37(3)：517
(2)MartinazV.Wettingofsiliconcarbidebycopperalloy.JMaterSci.2003.38(19)：4047
(3)崔升，沈晓冬；化学镀法制备金属铜包覆纳米碳化硅。粉末冶金技术，2008，26(4：281
(4)王海龙，张锐；Cu包裹SiC复合粉体的工艺研究。硅酸盐学报2004，32(4)：398
(5)PradeepCherianPaul；FabricationandcharacterizationofCu-SiCmetalmatrixcomposite：Lowell.MA：UniversityofMassachusetsLowell2004
文献(1)中报道了在Ti元素能够改善SiC/Cu界面润湿性，但由于Ti元素过于溶解铜基体并且生成化合物从而使得材料物理性能下降较快。
文献(2)、描述了在SiC/Cu材料中添加Cr、Ti、Fe、Zr等不同元素对界面润湿的效果，结果表明这些添加元素一定程度可以改善其界面润湿性，但是对综合性能的提高及后续配套工艺没有详细系统的研究。
文献(3)，(4)和(5)描述了采用常规化学镀的方法对SiC颗粒进行表面改性的研究结果，此工艺过程繁琐且不利于大规模工业化生产。
综上所述，国内外研究对于改善SiC-Cu材料的界面润湿性改善做了不少的研究工作，但存在制备过程繁琐，成本较高不利于实际应用的问题，已有的元素添加方法对界面改善作用有限，无成熟配套工艺。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足和缺陷，提供一种新型SiC-Cu电接触材料及其制备方法，可以进一步提高SiC-Cu的力学性能、耐摩擦性能及抗电弧腐蚀性能，从而扩大SiC-Cu材料的使用范围。
为了实现上述的目的，本发明采用的技术解决方案是：
一种SiC-Cu电接触材料，其特征在于，其原料包含碳化硅粉3vol％～10vol％，Cu粉88vol％～97vol％和添加剂0.1vol％～3vol％。
优选地，所述的碳化硅的粒度在0.5μm-20μm。
优选地，所述的添加剂为：Cr，Zr和Fe中的一种或几种。
本发明还提供了上述的SiC-Cu电接触材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按比例将碳化硅粉、Cu粉和添加剂混合并进行高能球磨，将球磨后的粉末压制成坯料，对压制成型的坯料进行热等静压，对热等静压后的坯料进行热处理，得到SiC-Cu电接触材料。
优选地，所述的高能球磨的转速为100-300转/分钟，球料重量比：20∶1，球磨时间5-30h。
优选地，所述的将球磨后的粉末压制成坯料，是指在100MPa～500MPa等静压压强下将球磨后的粉末压制成坯料。
优选地，所述的热等静压的条件为温度为750～950℃，时间为0.5～5h，等静压力为100-200MPa，惰性气氛保护。
优选地，所述的热处理温度为300～750℃，热处理时间为30-120min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
由于添加剂改善了铜基体与SiC之间的润湿性，极大改善了界面结合。与传统SiC-Cu材料相比，本发明的SiC-Cu材料具有更高的抗熔焊性，更高的力学性能及耐摩擦性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种SiC-Cu电接触材料的制备方法，具体步骤为：
按比例将3vol％SiC粉(粒径在0.5μm-20μm)，96.5vol％Cu粉及0.5vol％Cr粉混合并进行高能球磨，所述的高能球磨的转速为120转/分钟，球料重量比：20∶1，球磨时间25h，在200MPa等静压压强下将球磨后的粉末压制30秒成坯料，对压制成型的坯料进行热等静压，所述的热等静压的条件为：温度为850℃，时间为1h，等静压力为200MPa，惰性气氛保护，对热等静压后的坯料进行热处理，所述的热处理温度为500℃，热处理时间为1h，得到SiC-Cu电接触材料。所获得材料硬度170HV，抗熔焊性能为9.56Kw，抗弯强度550MPa。
实施例2
一种SiC-Cu电接触材料的制备方法，具体步骤为：
按比例将5vol％SiC粉(粒径在0.5μm-20μm)，93.5vol％Cu粉及1vol％Cr，0.5vol％Fe粉混合并进行高能球磨，所述的高能球磨的转速为150转/分钟，球料重量比：20∶1，球磨时间20h，在200MPa等静压压强下将球磨后的粉末压制30秒成坯料，对压制成型的坯料进行热等静压，所述的热等静压的条件为：温度为850℃，时间为1h，等静压力为200MPa，惰性气氛保护，对热等静压后的坯料进行热处理，所述的热处理温度为600℃，热处理时间为1.5h，得到SiC-Cu电接触材料。所获得材料硬度为195HV，抗熔焊性能8.45Kw，抗弯强度580MPa。请给出具体数值。
实施例3
一种SiC-Cu电接触材料的制备方法，具体步骤为：
按比例将7vol％SiC粉(粒径在0.5μm-20μm)，91vol％Cu粉及0.8vol％Cr，0.5vol％Fe，0.7vol％Zr粉混合并进行高能球磨，所述的高能球磨的转速为150转/分钟，球料重量比：20∶1，球磨时间10h，在500MPa等静压压强下将球磨后的粉末压制40秒成坯料，对压制成型的坯料进行热等静压，所述的热等静压的条件为：温度为800℃，时间为2h，等静压力为150MPa，惰性气氛保护，对热等静压后的坯料进行热处理，所述的热处理温度为550℃，热处理时间为2h，得到SiC-Cu电接触材料。所获得材料硬度为190HV，抗熔焊性能8.68Kw，抗弯强度565MPa。
实施例4
一种SiC-Cu电接触材料的制备方法，具体步骤为：
按比例将5vol％SiC粉(粒径在0.5μm-20μm)，94vol％Cu粉及0.5vol％Cr，0.5vol％Zr粉混合并进行高能球磨，所述的高能球磨的转速为300转/分钟，球料重量比：20∶1，球磨时间10h，在300MPa等静压压强下将球磨后的粉末压制10秒成坯料，对压制成型的坯料进行热等静压，所述的热等静压的条件为：温度为900℃，时间为1.5h，等静压力为150MPa，惰性气氛保护，对热等静压后的坯料进行热处理，所述的热处理温度为450℃，热处理时间为3h，得到SiC-Cu电接触材料。所获得材料硬度为185HV，抗熔焊性能为8.35Kw，抗弯强度500MPa。
实施例5
一种SiC-Cu电接触材料的制备方法，具体步骤为：
按比例将4vol％SiC粉(粒径在0.5μm-20μm)，94vol％Cu粉及1vol％Zr，1vol％Fe粉混合并进行高能球磨，所述的高能球磨的转速为250转/分钟，球料重量比：20∶1，球磨时间25h，在400MPa等静压压强下将球磨后的粉末压制15秒成坯料，对压制成型的坯料进行热等静压，所述的热等静压的条件为：温度为750℃，时间为2h，等静压力为200MPa，惰性气氛保护，对热等静压后的坯料进行热处理，所述的热处理温度为700℃，热处理时间为1h，得到SiC-Cu电接触材料。所获得材料硬度为180HV，抗熔焊性能为8.58Kw，抗弯强度490MPa。

Claims (8)

1.一种SiC-Cu电接触材料，其特征在于，其原料包含碳化硅粉3vol％～10vol％，Cu粉88vol％～97vol％和添加剂0.1vol％～3vol％。
2.如权利要求1所述的SiC-Cu电接触材料，其特征在于，所述的碳化硅的粒径在0.5μm-20μm。
3.如权利要求1所述的SiC-Cu电接触材料，其特征在于，所述的添加剂为：Cr，Zr和Fe中的一种或几种。
4.权利要求1-3中任一项所述的SiC-Cu电接触材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按比例将碳化硅粉、Cu粉和添加剂混合并进行高能球磨，将球磨后的粉末压制成坯料，对压制成型的坯料进行热等静压，对热等静压后的坯料进行热处理，得到SiC-Cu电接触材料。
5.如权利要求4所述的SiC-Cu电接触材料的制备方法，其特征在于，所述的高能球磨的转速为100-300转/分钟，球料重量比：20∶1，球磨时间5-30h。
6.如权利要求4所述的SiC-Cu电接触材料的制备方法，其特征在于，所述的将球磨后的粉末压制成坯料，是指在100MPa～500MPa等静压压强下将球磨后的粉末压制成坯料。
7.如权利要求4所述的SiC-Cu电接触材料的制备方法，其特征在于，所述的热等静压的条件为温度为750～950℃，时间为0.5～5h，等静压力为100-200MPa，惰性气氛保护。
8.如权利要求4所述的SiC-Cu电接触材料的制备方法，其特征在于，所述的热处理温度为300～750℃，热处理时间为30-120min。
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