CN107675009B - 三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料及其制备方法 - Google Patents

三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107675009B
CN107675009B CN201710657426.8A CN201710657426A CN107675009B CN 107675009 B CN107675009 B CN 107675009B CN 201710657426 A CN201710657426 A CN 201710657426A CN 107675009 B CN107675009 B CN 107675009B
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
net structure
dimensional net
base composites
tib
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710657426.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107675009A (zh
Inventor
梁淑华
杜翔
姜伊辉
邹军涛
肖鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Technology
Original Assignee
Xian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Technology filed Critical Xian University of Technology
Priority to CN201710657426.8A priority Critical patent/CN107675009B/zh
Publication of CN107675009A publication Critical patent/CN107675009A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107675009B publication Critical patent/CN107675009B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C22C1/058—Mixtures of metal powder with non-metallic powder by reaction sintering (i.e. gasless reaction starting from a mixture of solid metal compounds)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
    • C22C32/0073—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only borides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明公开了三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料，是以Cu粉、Ti粉、B粉为原料经机械混粉、冷压成型、热压烧结得到的TiB2为增强相的复合材料，TiB2增强相呈现连续的三维网络结构。本发明还公开了上述复合材料的制备方法。本发明三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料，TiB2增强相呈现连续的三维网络结构，一方面这种结构的增强体保证了复合材料的强度；另一方面，减少了TiB2与Cu基体之间的相界面面积，降低了复合材料相界面电阻，使复合材料具有较高的导电率，从而在一定程度上缓解了铜基复合材料强度和导电率的矛盾。

Description

三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及一种三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料，本发明还涉及上述复合材料的制备方法。
背景技术
金属基复合材料的性能不仅取决于基体和增强体的种类和配比，更取决于增强体在基体中的空间分布状态。例如，三维网络结构增强体在金属颗粒边界呈现连续聚集的分布状态，且增强体与基体的界面结合性良好，从而可获得综合性能优异的复合材料。近年来该结构受到广泛关注，并已在钛基和铝基等材料中得到较多应用。
与其它金属基复合材料不同，铜基复合材料的导电率是衡量复合材料综合性能的一个重要指标，如何兼顾材料的导电性与强度是制备铜基复合材料时面临的首要问题。现有TiB2/Cu复合材料制备技术中，一般要求TiB2增强体呈均匀弥散分布。虽然该分布状态对复合材料力学性能有利，但是细小弥散的TiB2增强体颗粒会在铜基体中引入更多缺陷，造成复合材料导电率显著下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种三维网络结构二硼化钛增强的铜基复合材料，在提高复合材料力学性能的同时，保证其具有较高的导电率。
本发明的另一目的是提供上述复合材料的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料，是以Cu粉、Ti粉、B粉为原料经机械混粉、冷压成型、热压烧结得到的TiB2为增强相的复合材料，TiB2增强相呈现连续的三维网络结构。
本发明特点还在于，
Cu粉、Ti粉、B粉的质量比为95～97:2.07～3.44:0.93～1.56。
Cu粉粒度大于Ti粉粒度。
本发明所采用的另一技术方案是，三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，机械混粉：
称取Cu粉、Ti粉、B粉，机械混合均匀；
步骤2，冷压成型：
将步骤1混合均匀的粉末冷压成型，得到压坯。
步骤3，热压烧结：
将步骤2得到的压坯放入石墨坩埚中在近铜熔点温度下加压烧结，即制得TiB2增强铜基复合材料。
本发明特点还在于，
步骤1中Cu粉、Ti粉、B粉的质量比为95～97:2.07～3.44:0.93～1.56。
步骤1中机械混合采用振动式混粉机，混粉过程中振动频率为30～60Hz，混粉时间为4～10h，粉末质量是所用磨球质量的2～4倍。
步骤1中Cu粉形貌为球形，粒度为50～100μm；Ti粉粒度为1～10μm；B粉平均粒度为500nm。
步骤2中压制压力为300～400Mpa，压制时间为25～35s。
步骤3具体为：将装有压坯的石墨坩埚放入烧结炉内部中心位置，烧结过程中通入氮气，首先以20℃/min的速度升温至880～920℃，保温30min，随后再以10℃/min升温至1000～1060℃，在25～31Mpa的压力下保温1～2h，随炉冷却至室温。
本发明的有益效果是，本发明三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料，TiB2增强相呈现连续的三维网络结构，一方面这种结构的增强体保证了复合材料的强度；另一方面，减少了TiB2与Cu基体之间的相界面面积，降低了复合材料相界面电阻，使复合材料具有较高的导电率，从而在一定程度上缓解了铜基复合材料强度和导电率的矛盾。
附图说明
图1是本发明实施例1制得的复合材料的微观组织照片；
图2是本发明实施例2制得的复合材料的微观组织照片；
图3是对比例中制得的复合材料的微观组织照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料，是以Cu粉、Ti粉、B粉为原料经机械混粉、冷压成型、热压烧结得到的TiB2为增强相的复合材料，TiB2增强相呈现连续的三维网络结构。
上述三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，机械混粉：
按照Cu粉、Ti粉、B粉的质量比为(95～97):(2.07～3.44):(0.93～1.56)的比例称取原始粉末，并将粉末放入振动式混粉机中进行机械混粉，机械混粉过程中振动频率为30Hz～60Hz，混粉时间为4～10h，粉末质量是所用磨球质量的2～4倍。
其中Cu粉形貌为球形，粒度为50～100μm；Ti粉粒度为1～10μm；B粉平均粒度为500nm。
步骤2，冷压成型：
将步骤1混合均匀的粉末装入不锈钢模具中，采用液压机在300～400Mpa压制25～35s，冷压成型，得到压坯。
步骤3，热压烧结：
将步骤2得到的压坯放入石墨坩埚中进行热压烧结，即制得TiB2增强铜基复合材料，具体为：将装有压坯的石墨坩埚放入烧结炉内部中心位置，烧结过程中通入氮气，首先以20℃/min的速度升温至880～920℃，保温30min，随后再以10℃/min升温至1000～1060℃，在25～31Mpa的压力下保温1～2h，然后关闭电源，随炉冷却至室温。
实施例1
将50μm的球形Cu粉、1μm的Ti粉和B粉按照质量比为97:2.07:0.93来称取初始粉末，将混合粉末在振动式混粉机中进行机械混合，机械混粉过程中振动频率为50Hz，混粉时间为4h，粉末质量是所用磨球质量的4倍；称取所需质量的混合粉末，在液压机上进行冷压成型，压力为400Mpa，保压30秒，获得粉末压坯；将压坯放入石墨坩埚中，坩埚放入烧结炉内部中心位置，整个烧结过程需通入氮气。首先以20℃/min的速度升温至880℃，保温30min，随后再以10℃/min升温至1040℃，在25Mpa的压力下保温2h，然后关闭电源，随炉冷却至室温，获得铜基复合材料。
实施例2
将80μm的球形Cu粉、5μm的Ti粉和B粉按照质量比为95:3.44:1.56来称取初始粉末，将混合粉末在振动式混粉机中进行机械混合，机械混粉过程中振动频率为30Hz，混粉时间为10h，粉末质量是所用磨球质量的3倍；称取所需质量的混合粉末，在液压机上进行冷压成型，压力为350Mpa，保压35秒，获得粉末压坯；将压坯放入石墨坩埚中，坩埚放入烧结炉内部中心位置，整个烧结过程需通入氮气。首先以20℃/min的速度升温至920℃，保温30min，随后再以10℃/min升温至1060℃，在28MPa的压力下保温1.5h，然后关闭电源，随炉冷却至室温，获得铜基复合材料。
实施例3
将100μm的球形Cu粉、10μm的Ti粉和B粉按照质量比为96:2.76:1.24来称取初始粉末，将混合粉末在振动式混粉机中进行机械混合，机械混粉过程中振动频率为60Hz，混粉时间为8h，粉末质量是所用磨球质量的2倍；称取所需质量的混合粉末，在液压机上进行冷压成型，压力为300Mpa，保压25秒，获得粉末压坯；将压坯放入石墨坩埚中，坩埚放入烧结炉内部中心位置，整个烧结过程需通入氮气。首先以20℃/min的速度升温至900℃，保温30min，随后再以10℃/min升温至1000℃，在31MPa的压力下保温1h，然后关闭电源，随炉冷却至室温，获得铜基复合材料。
上述实施例1制得的复合材料的组织分布如图1所示，TiB2增强相在颗粒边界处原位生成，并彼此连通形成三维网络状结构。实施例2、3的复合材料的组织分布状态与实施例1类似，图2为实施例3的复合材料的微观组织状态，此时复合材料组织仍然呈三维网络结构，但由于Cu粉粒度较大，使得相同体积下的相界面减少，增强相颗粒厚度较大。
对比例
按照本发明的方法，另外制备了一种TiB2增强Cu基复合材料，其不同之处在于，球形Cu粉的粒度选择为1μm，其余工艺与上述实施例1工艺过程一致。该复合材料的组织分布从宏观上看，基体中TiB2增强相均匀分散；从微观上看，呈现出局部富集的不均匀状态，如图3所示。由于Cu粉与Ti粉粒度相近，相界面较多，混粉过程中Ti、B粉难以均匀附着在每一个Cu颗粒表面上，因此复合材料中的增强相没有形成网络状结构，增强相与基体之间界面较多，材料制备过程中引入的缺陷增多。此时，复合材料的导电率较低。
对比实施例1、2、3和对比例的四种复合材料的性能，如表1所示。
表1三种复合材料的性能
实施例 球形Cu粉粒度/μm 导电率/％IACS 致密度/％
实施例1 50 80.2 97.1
实施例2 80 83.1 97.5
实施例3 100 84.5 98.1
对比例 1 76.7 97.7
本发明通过改变初始Cu、Ti粉末的粒度、混制工艺、烧结工艺等获得了致密度高、导电率高的二硼化钛增强铜基复合材料。表1结果表明，采用本方法制备的三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料的导电率相比于第二相均匀分布的复合材料具有较高的导电率。因此，三维网络结构能够在一定程度上缓解铜基复合材料强度和电导率的矛盾。

Claims (5)

1.三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料，其特征在于，是以Cu粉、Ti粉、B粉为原料经机械混粉、冷压成型、热压烧结得到的TiB2为增强相的复合材料，所述TiB2增强相呈现连续的三维网络结构；
所述Cu粉、Ti粉、B粉的质量比为95～97:2.07～3.44:0.93～1.56；
所述Cu粉粒度大于Ti粉粒度，Cu粉形貌为球形。
2.三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，机械混粉：
称取Cu粉、Ti粉、B粉，Cu粉形貌为球形，粒度为50～100μm；Ti粉粒度为1～10μm；B粉平均粒度为500nm，Cu粉、Ti粉、B粉的质量比为95～97:2.07～3.44:0.93～1.56，采用振动式混粉机机械混合均匀；
步骤2，冷压成型：
将步骤1混合均匀的粉末冷压成型，得到压坯。
步骤3，热压烧结：
将步骤2得到的压坯放入石墨坩埚中在近铜熔点温度下加压烧结，即制得TiB2 增强铜基复合材料。
3.根据权利要求2所述的三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1混粉过程中振动频率为30～60Hz，混粉时间为4～10h，粉末质量是所用磨球质量的2～4倍。
4.根据权利要求2所述的三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中压制压力为300～400MPa ，压制时间为25～35s。
5.根据权利要求2所述的三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3具体为：将装有压坯的石墨坩埚放入烧结炉内部中心位置，烧结过程中通入氮气，首先以20℃/min的速度升温至880～920℃，保温30min，随后再以10℃/min升温至1000～1060℃，在25～31MPa 的压力下保温1～2h，随炉冷却至室温。
CN201710657426.8A 2017-08-03 2017-08-03 三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料及其制备方法 Active CN107675009B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710657426.8A CN107675009B (zh) 2017-08-03 2017-08-03 三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710657426.8A CN107675009B (zh) 2017-08-03 2017-08-03 三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107675009A CN107675009A (zh) 2018-02-09
CN107675009B true CN107675009B (zh) 2019-07-23

Family

ID=61134988

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710657426.8A Active CN107675009B (zh) 2017-08-03 2017-08-03 三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107675009B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109943865A (zh) * 2019-04-28 2019-06-28 镇江慧诚新材料科技有限公司 一种氧铝联产电解用阴极材料及其制备方法
CN112647029B (zh) * 2020-11-09 2022-06-24 西安理工大学 一种三维球团复合构型TiB增强TMCs及其制备方法
CN113073226B (zh) * 2021-03-24 2022-04-22 国网河北能源技术服务有限公司 一种Cu-TiC电接触复合材料及其制备方法
CN113278863B (zh) * 2021-04-30 2021-12-17 西安理工大学 一种真空热压制备二硼化钛铜基复合材料的方法
CN115927895A (zh) * 2022-11-09 2023-04-07 西安理工大学 孤立岛状结构TiB2/Cu-Cu复合材料及制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1710124A (zh) * 2005-05-27 2005-12-21 哈尔滨工业大学 反应热压原位自生铜基复合材料的制备方法
CN101701300A (zh) * 2009-11-11 2010-05-05 昆明理工大学 机械合金化合成制备二硼化钛弥散强化铜基复合材料的方法
CN101956094A (zh) * 2010-10-15 2011-01-26 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种高强高导弥散强化铜合金及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1710124A (zh) * 2005-05-27 2005-12-21 哈尔滨工业大学 反应热压原位自生铜基复合材料的制备方法
CN101701300A (zh) * 2009-11-11 2010-05-05 昆明理工大学 机械合金化合成制备二硼化钛弥散强化铜基复合材料的方法
CN101956094A (zh) * 2010-10-15 2011-01-26 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种高强高导弥散强化铜合金及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TiB2(-TiB)/Cu in-situ composites prepared by hot-press with the sintering temperature just beneath the melting point of copper;Yihui Jiang，等;《Materials Characterization》;20160928;第121卷;第76-81页

Also Published As

Publication number Publication date
CN107675009A (zh) 2018-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107675009B (zh) 三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料及其制备方法
CN107649688B (zh) 一种易加工的金刚石导热复合材料及其制备方法和应用
CN104073674B (zh) 一种石墨烯铝基复合材料的制备方法
CN105648259B (zh) 一种铜基‑石墨正梯度复合材料及其制备方法
CN106041031A (zh) 一种铸件表面高熵合金涂层的制备方法
CN108359825B (zh) 一种陶瓷-石墨烯增强铜基复合材料的制备方法
CN110436926A (zh) 一种高电导率受电弓碳滑板及其制备方法
CN102383014A (zh) 高温共混表面金属化制备金刚石-铜复合材料的方法
CN114525438B (zh) 钨铜复合材料及其制备方法
CN103184363A (zh) 适用于宽温度范围的高导热金刚石/铜复合材料及方法
CN104630527A (zh) 一种制备铜基金刚石复合材料的方法
CN102994799A (zh) 一种铜基自润滑复合材料及其制备方法
CN105568037A (zh) 一种镀铬金刚石颗粒分散铜基复合材料的制备方法
CN101928854A (zh) 镀铜二硼化钛颗粒增强铜基复合材料及其制备方法
CN101538661A (zh) 一种制备高导热金刚石/Al复合材料方法
CN105734387A (zh) 一种TiB2基金属陶瓷及其制备方法
CN107326213A (zh) 一种金刚石颗粒分散铜硼合金复合材料的制备方法
CN106191511A (zh) 铜铬触头材料的制作方法
CN104440598A (zh) 一种复合结合剂金刚石磨轮及其制作方法
CN106493352B (zh) 一种硅铝合金电子封装材料及其制备方法
CN108251681A (zh) 一种非均匀结构二硼化钛/铜复合材料及其制备方法
CN105478745B (zh) 一种低温烧结制备钨板坯的方法
CN108411145A (zh) 一种三维石墨烯网络结构复合材料块体的制备方法
CN101984112A (zh) 一种高热导率铜增强铝复合材料及其制备方法
CN105543535B (zh) Al4SiC4与Cr协同强化网/球状铜材料及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant