CN106282649B - 一种高强度导电铜基复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高强度导电铜基复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度导电铜基复合材料，包括以下重量百分比的原料：Al2O31‑3％、ZrO22‑5％、TiN 4‑9％、VN 6‑8％、P 0.1‑1％、Zn 1‑2％、Ag 5‑25％、余量为Cu。本发明制备工艺简单，成本低，周期短，TiN和VN热稳定性高，可用作高温导电材料，增强了复合材料的导电性能，在金属铜中添加ZrO2和Al2O3，能提高铜的强度、耐磨性及耐高温性能，P可以防止脱氧以及防止氢脆，Zn可以防止在金属机体和镀层间出现脆性，本发明具有高强度和高导电的特点，应用前景广阔。

Description

一种高强度导电铜基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及铜基复合材料技术领域，尤其涉及一种高强度导电铜基复合材料及其制备方法。
背景技术
铜及其合金由于具有良好的导电导热性能，优良的铸造性能和加工性能，已成为应用广泛的金属材料，是经济发展的重要基础原材料。但铜和铜合金的强度低、耐热性差、高温下易软化变形和耐磨性能较差，在一定程度上限制了其应用发展。
高强度高导电率铜合金是一种重要的结构功能材料，主要用作接触线和集成电路引线框架材料等，尤其作为高强磁体线圈的绕组导线材料受到广泛关注。作为高强磁场线圈绕组导线的材料必须同时具备高强度(≥1GPa)和高导电性(≥70％IACS，IACS表示国际退火铜标准)。通常，随着Ag含量增高，Cu-Ag合金的强度增加，但导电性下降；同时，高Ag含量使得合金成本大幅增加。低Ag含量的Cu-Ag合金成本低且具有较好的导电性，但强度往往较低，无法满足要求。随着科学技术的进步和现代工业的发展，对铜合金的性能提出了更高的要求，然而强度的增加往往伴随导电性的降低，如何既可以提高铜基复合材料的强度，还能保证导电性成为目前的关键问题，为此我们提出了一种高强度导电铜基复合材料及其制备方法，用来解决上述问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高强度导电铜基复合材料及其制备方法。
本发明提出的一种高强度导电铜基复合材料，包括以下重量百分比的原料：Al2O31-3％、ZrO2 2-5％、TiN 4-9％、VN 6-8％、P 0.1-1％、Zn 1-2％、Ag 5-25％、余量为Cu。
优选地，包括以下重量百分比的原料：Al2O3 1.5-2.5％、ZrO2 3-4％、TiN 5-8％、VN 6.5-7.5％、P 0.4-0.6％、Zn 1.4-1.6％、Ag 10-20％、余量为Cu。
优选地，包括以下重量百分比的原料：Al2O3 2％、ZrO2 3.5％、TiN 6.5％、VN 7％、P 0.5％、Zn 1.5％、Ag 15％、余量为Cu。
本发明还提出了一种高强度导电铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，称量：按照分量百分比称取Al2O3、ZrO2、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu，并分别用容器盛放；
S2，混合：将称取后的Al2O3、ZrO2、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu制成粉末，并依次放进反应釜中混合，充分搅拌10-20min，得到复合粉末；
S3，成型：将复合粉末放入已经备好的模具中，并压制成压坯；
S4，烧结：将压制好的压坯采用热等静压进行烧结，烧结温度为800-950℃，施加压力为1-4MPa，持续烧结1-3h，即可得到一种高强度导电铜基复合材料。
优选地，在烧结过程中，将压制好的压坯采用热等静压进行烧结，烧结温度为900℃，施加压力为3MPa，持续烧结2h，即可得到一种高强度导电铜基复合材料。
本发明制备工艺简单，成本低，周期短，TiN和VN热稳定性高，可用作高温导电材料，增强了复合材料的导电性能，在金属铜中添加ZrO2和Al2O3，能提高铜的强度、耐磨性及耐高温性能，P可以防止脱氧以及防止氢脆，Zn可以防止在金属机体和镀层间出现脆性，本发明具有高强度和高导电的特点，应用前景广阔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例一
本发明提出的一种高强度导电铜基复合材料，包括以下重量百分比的原料：Al2O31％、ZrO2 2％、TiN 4％、VN 6％、P 0.1％、Zn 1％、Ag 5％、余量为Cu。
本发明还提出了一种高强度导电铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，称量：按照分量百分比称取Al2O3、ZrO2、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu，并分别用容器盛放；
S2，混合：将称取后的Al2O3、ZrO2、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu制成粉末，并依次放进反应釜中混合，充分搅拌10min，得到复合粉末；
S3，成型：将复合粉末放入已经备好的模具中，并压制成压坯；
S4，烧结：将压制好的压坯采用热等静压进行烧结，烧结温度为800℃，施加压力为1MPa，持续烧结1h，即可得到一种高强度导电铜基复合材料。
该实施例铜基复合材料的性能如下：常温下的电导率为2.54MS/m，硬度HBW48，该复合材料在施加载荷为10N时的体积磨损率为3.1×10-4mm3/Nm。
实施例二
本发明提出的一种高强度导电铜基复合材料，包括以下重量百分比的原料：Al2O31.5％、ZrO2 3％、TiN 5％、VN 6.5％、P 0.4％、Zn 1.4％、Ag 10％、余量为Cu。
本发明还提出了一种高强度导电铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，称量：按照分量百分比称取Al2O3、ZrO2、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu，并分别用容器盛放；
S2，混合：将称取后的Al2O3、ZrO2、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu制成粉末，并依次放进反应釜中混合，充分搅拌12.5min，得到复合粉末；
S3，成型：将复合粉末放入已经备好的模具中，并压制成压坯；
S4，烧结：将压制好的压坯采用热等静压进行烧结，烧结温度为825℃，施加压力为1.5MPa，持续烧结1.5h，即可得到一种高强度导电铜基复合材料。
该实施例铜基复合材料的性能如下：常温下的电导率为1.83MS/m，硬度HBW49，该复合材料在施加载荷为10N时的体积磨损率为2.4×10-4mm3/Nm。
实施例三
本发明提出的一种高强度导电铜基复合材料，包括以下重量百分比的原料：Al2O32％、ZrO2 3.5％、TiN 6.5％、VN 7％、P 0.5％、Zn 1.5％、Ag 15％、余量为Cu。
本发明还提出了一种高强度导电铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，称量：按照分量百分比称取Al2O3、ZrO2、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu，并分别用容器盛放；
S2，混合：将称取后的Al2O3、ZrO2、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu制成粉末，并依次放进反应釜中混合，充分搅拌15min，得到复合粉末；
S3，成型：将复合粉末放入已经备好的模具中，并压制成压坯；
S4，烧结：将压制好的压坯采用热等静压进行烧结，烧结温度为900℃，施加压力为2.5MPa，持续烧结2h，即可得到一种高强度导电铜基复合材料。
该实施例铜基复合材料的性能如下：常温下的电导率为7.83MS/m，硬度HBW65，该复合材料在施加载荷为10N时的体积磨损率为2.1×10-4mm3/Nm。
实施例四
本发明提出的一种高强度导电铜基复合材料，包括以下重量百分比的原料：Al2O32.5％、ZrO2 4％、TiN 8％、VN 7.5％、P 0.6％、Zn 1.6％、Ag 20％、余量为Cu。
本发明还提出了一种高强度导电铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，称量：按照分量百分比称取Al2O3、ZrO2、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu，并分别用容器盛放；
S2，混合：将称取后的Al2O3、ZrO2、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu制成粉末，并依次放进反应釜中混合，充分搅拌17.5min，得到复合粉末；
S3，成型：将复合粉末放入已经备好的模具中，并压制成压坯；
S4，烧结：将压制好的压坯采用热等静压进行烧结，烧结温度为925℃，施加压力为3.5MPa，持续烧结2.5h，即可得到一种高强度导电铜基复合材料。
该实施例铜基复合材料的性能如下：常温下的电导率为4.83MS/m，硬度HBW57，该复合材料在施加载荷为10N时的体积磨损率为2.5×10-4mm3/Nm。
实施例五
本发明提出的一种高强度导电铜基复合材料，包括以下重量百分比的原料：Al2O33％、ZrO2 5％、TiN 9％、VN 8％、P 1％、Zn 1-2％、Ag 25％、余量为Cu。
本发明还提出了一种高强度导电铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，称量：按照分量百分比称取Al2O3、ZrO2、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu，并分别用容器盛放；
S2，混合：将称取后的Al2O3、ZrO2、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu制成粉末，并依次放进反应釜中混合，充分搅拌10-20min，得到复合粉末；
S3，成型：将复合粉末放入已经备好的模具中，并压制成压坯；
S4，烧结：将压制好的压坯采用热等静压进行烧结，烧结温度为950℃，施加压力为4MPa，持续烧结3h，即可得到一种高强度导电铜基复合材料。
该实施例铜基复合材料的性能如下：常温下的电导率为3.81MS/m，硬度HBW53，该复合材料在施加载荷为10N时的体积磨损率为2.7×10-4mm3/Nm。
下表为各个实施例中复合材料的性能测试，以及普通复合材料的性能测试，结果如下表：
上表中可以得出，本发明具有高强度和高导电的特点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高强度导电铜基复合材料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：Al2O3 1-3％、ZrO2 2-5％、TiN 4-9％、VN 6-8％、P 0.1-1％、Zn 1-2％、Ag 10-25％、余量为Cu；
所述高强度导电铜基复合材料采用热等静压进行烧结得到:烧结温度为800-950℃，施加压力为1-4MPa，持续烧结1-3h。
2.根据权利要求1所述的一种高强度导电铜基复合材料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：Al2O3 1.5-2.5％、ZrO2 3-4％、TiN 5-8％、VN 6.5-7.5％、P 0.4-0.6％、Zn1.4-1.6％、Ag 10-20％、余量为Cu。
3.根据权利要求1所述的一种高强度导电铜基复合材料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：Al2O3 2％、ZrO2 3.5％、TiN 6.5％、VN 7％、P 0.5％、Zn 1.5％、Ag 15％、余量为Cu。
4.一种高强度导电铜基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，称量：按照分量百分比称取Al2O3、ZrO2、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu，并分别用容器盛放；
S2，混合：将称取后的Al2O3、ZrO2、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu制成粉末，并依次放进反应釜中混合，充分搅拌10-20min，得到复合粉末；
S3，成型：将复合粉末放入已经备好的模具中，并压制成压坯；
S4，烧结：将压制好的压坯采用热等静压进行烧结，烧结温度为800-950℃，施加压力为1-4MPa，持续烧结1-3h，即可得到一种高强度导电铜基复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种高强度导电铜基复合材料的制备方法，其特征在于，在烧结过程中，将压制好的压坯采用热等静压进行烧结，烧结温度为900℃，施加压力为3MPa，持续烧结2h，即可得到一种高强度导电铜基复合材料。
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