CN107974646A - 一种高强度铜基复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高强度铜基复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高强度铜基复合材料及其制备方法，采用如下原料制备：粒度小≤100μm的铬粉1‑3％，粒度小≤100μm的铌粉3‑7％，粒度小≤100μm的钛粉3‑6％，粒度小≤100μm的TiB2粉末1‑4％，石墨纤维1‑4％，纳米Al2O3粉1‑5％，纳米B4C粉1‑5％、余量为粒度小于100μm的铜粉。与现有技术相比，本发明以铬粉、铌粉、钛粉、TiB2粉末、石墨纤维、纳米Al2O3粉、纳米B4C粉、铜粉为原料，各个成分相互作用、相互影响，提高了制备的铜基复合材料的强度。实验结果表明，本发明制备的铜基复合材料的拉伸强度为295MPa，屈服强度为181MPa。

Description

一种高强度铜基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种高强度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。运用冶金金属可以直接制成多孔、半致密的材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种无切削工艺。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学方法，在宏观或微观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上取长补短，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不同的要求。
现有技术中，铜基复合材料及其制备方法已经得到了广泛的报道，例如，申请号为201710174621.5的中国专利文献报道了一种铜基复合材料，由以下重量百分比的各组分组成：镧铈合金：0.008-0.012％；硒碲合金：0.8-1.2％；余量为高纯阴极铜。申请号为201410719579.7的中国专利文献报道了一种铜基复合材料的制备方法，依次包括：步骤一、称取原料将所述原料进行球磨，混合时间为3小时，得到球磨后的混合粉末；步骤二、将所述步骤一制备的混合粉末在500Mpa的压力下压制；得到坯料；步骤三、将所述步骤二制备的坯料进行二期烧结，得到本发明所述的铜基复合材料。申请号为201510475259.6的中国专利文献报道了一种铜基复合材料的制备方法，所述方法以铜粉和碳化锆粉为原料，采用球磨机对原材料进行球磨，球磨介质为碳化锆球，球磨过程中在球磨罐内充入高纯氩气并密封。球磨后将混合粉末放入石墨模具中，利用真空热压炉进行烧结，在最高烧结温度时保持恒温并施加压力。烧结结束后卸压，随炉冷却至室温，所制备的材料即为本发明铜基复合材料。
本发明人考虑，铜基复合材料的强度有待于进一步提高。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种高强度铜基复合材料及其制备方法，强度较高，力学性能良好。
有鉴于此，本发明提供了一种高强度铜基复合材料，采用如下原料制备：粒度小≤100μm的铬粉1-3％，粒度小≤100μm的铌粉3-7％，粒度小≤100μm的钛粉3-6％，粒度小≤100μm的TiB2粉末1-4％，石墨纤维1-4％，纳米Al2O3粉1-5％，纳米B4C粉1-5％、余量为粒度小于100μm的铜粉。
优选的，铬粉1-2％。
优选的，铌粉3-5％。
优选的，钛粉4-6％。
优选的，TiB2粉末1-3％。
优选的，石墨纤维1-3％。
优选的，纳米Al2O3粉2-4％。
优选的，纳米B4C粉3-5％。
相应的，本发明还提供一种上述技术方案所述的高强度铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将铬粉、铌粉、钛粉、TiB2、石墨纤维、纳米Al2O3粉、纳米B4C粉和铜粉混合，在160-170℃下烘干，烘干时间为3小时，过150目筛，然后在720-800MPa下压制成型，在720℃下烧结，烧结时间为60分钟，降至室温，得到高强度铜基复合材料。
优选的，压制成型的压力为740-780MPa。
本发明提供一种高强度铜基复合材料及其制备方法，采用如下原料制备：粒度小≤100μm的铬粉1-3％，粒度小≤100μm的铌粉3-7％，粒度小≤100μm的钛粉3-6％，粒度小≤100μm的TiB2粉末1-4％，石墨纤维1-4％，纳米Al2O3粉1-5％，纳米B4C粉1-5％、余量为粒度小于100μm的铜粉。与现有技术相比，本发明以铬粉、铌粉、钛粉、TiB2粉末、石墨纤维、纳米Al2O3粉、纳米B4C粉、铜粉为原料，各个成分相互作用、相互影响，提高了制备的铜基复合材料的强度。实验结果表明，本发明制备的铜基复合材料的拉伸强度为295MPa，屈服强度为181MPa。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种高强度铜基复合材料，采用如下原料制备：粒度小≤100μm的铬粉1-3％，粒度小≤100μm的铌粉3-7％，粒度小≤100μm的钛粉3-6％，粒度小≤100μm的TiB2粉末1-4％，石墨纤维1-4％，纳米Al2O3粉1-5％，纳米B4C粉1-5％、余量为粒度小于100μm的铜粉。
作为优选方案，铬粉1-2％，铌粉3-5％，钛粉4-6％，TiB2粉末1-3％，石墨纤维1-3％，纳米Al2O3粉2-4％，纳米B4C粉3-5％。
相应的，本发明还提供一种上述技术方案所述的高强度铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将铬粉、铌粉、钛粉、TiB2、石墨纤维、纳米Al2O3粉、纳米B4C粉和铜粉混合，在160-170℃下烘干，烘干时间为3小时，过150目筛，然后在720-800MPa下压制成型，在720℃下烧结，烧结时间为60分钟，降至室温，得到高强度铜基复合材料。优选的，压制成型的压力为740-780MPa。
从以上方案可以看出，本发明以铬粉、铌粉、钛粉、TiB2粉末、石墨纤维、纳米Al2O3粉、纳米B4C粉、铜粉为原料，各个成分相互作用、相互影响，提高了制备的铜基复合材料的强度。实验结果表明，本发明制备的铜基复合材料的拉伸强度为295MPa，屈服强度为181MPa。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
本发明实施例采用的原料均为市购。
实施例1
一种高强度铜基复合材料，包括以下重量百分比的组分：
粒度小≤100μm的铬粉2％，粒度小≤100μm的铌粉5％，粒度小≤100μm的钛粉4％，粒度小≤100μm的TiB2粉末3％，石墨纤维1％，纳米Al2O3粉3％，纳米B4C粉4％、余量为粒度小于100μm的铜粉。
制备步骤：
将铬粉、铌粉、钛粉、TiB2、石墨纤维、纳米Al2O3粉、纳米B4C粉和铜粉混合，在160-170℃下烘干，烘干时间为3小时，过150目筛，然后在720-800MPa下压制成型，在720℃下烧结，烧结时间为60分钟，降至室温，得到高强度铜基复合材料。
对本实施例制备的铜基复合材料的性能进行加检测，拉伸强度为295MPa，屈服强度为181MPa。
实施例2
一种高强度铜基复合材料，包括以下重量百分比的组分：
粒度小≤100μm的铬粉1％，粒度小≤100μm的铌粉7％，粒度小≤100μm的钛粉3％，粒度小≤100μm的TiB2粉末4％，石墨纤维1％，纳米Al2O3粉5％，纳米B4C粉1％、余量为粒度小于100μm的铜粉。
制备步骤：
将铬粉、铌粉、钛粉、TiB2、石墨纤维、纳米Al2O3粉、纳米B4C粉和铜粉混合，在160-170℃下烘干，烘干时间为3小时，过150目筛，然后在720-800MPa下压制成型，在720℃下烧结，烧结时间为60分钟，降至室温，得到高强度铜基复合材料。
对本实施例制备的铜基复合材料的性能进行加检测，拉伸强度为291MPa，屈服强度为180MPa。
实施例3
一种高强度铜基复合材料，包括以下重量百分比的组分：
粒度小≤100μm的铬粉3％，粒度小≤100μm的铌粉7％，粒度小≤100μm的钛粉3％，粒度小≤100μm的TiB2粉末4％，石墨纤维1％，纳米Al2O3粉5％，纳米B4C粉1％、余量为粒度小于100μm的铜粉。
制备步骤：
将铬粉、铌粉、钛粉、TiB2、石墨纤维、纳米Al2O3粉、纳米B4C粉和铜粉混合，在160-170℃下烘干，烘干时间为3小时，过150目筛，然后在720-800MPa下压制成型，在720℃下烧结，烧结时间为60分钟，降至室温，得到高强度铜基复合材料。
对本实施例制备的铜基复合材料的性能进行加检测，拉伸强度为292MPa，屈服强度为178MPa。
实施例4
一种高强度铜基复合材料，包括以下重量百分比的组分：
粒度小≤100μm的铬粉3％，粒度小≤100μm的铌粉4％，粒度小≤100μm的钛粉5％，粒度小≤100μm的TiB2粉末4％，石墨纤维1％，纳米Al2O3粉1，纳米B4C粉2％，余量为粒度小于100μm的铜粉。
制备步骤：
将铬粉、铌粉、钛粉、TiB2、石墨纤维、纳米Al2O3粉、纳米B4C粉和铜粉混合，在160-170℃下烘干，烘干时间为3小时，过150目筛，然后在720-800MPa下压制成型，在720℃下烧结，烧结时间为60分钟，降至室温，得到高强度铜基复合材料。
对本实施例制备的铜基复合材料的性能进行加检测，拉伸强度为290MPa，屈服强度为178MPa。
实施例5
一种高强度铜基复合材料，包括以下重量百分比的组分：
粒度小≤100μm的铬粉2％，粒度小≤100μm的铌粉7％，粒度小≤100μm的钛粉4％，粒度小≤100μm的TiB2粉末1％，石墨纤维3％，纳米Al2O3粉1％，纳米B4C粉2％、余量为粒度小于100μm的铜粉。
制备步骤：
将铬粉、铌粉、钛粉、TiB2、石墨纤维、纳米Al2O3粉、纳米B4C粉和铜粉混合，在160-170℃下烘干，烘干时间为3小时，过150目筛，然后在720-800MPa下压制成型，在720℃下烧结，烧结时间为60分钟，降至室温，得到高强度铜基复合材料。
对本实施例制备的铜基复合材料的性能进行加检测，拉伸强度为287MPa，屈服强度为177MPa。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高强度铜基复合材料，其特征在于，采用如下原料制备：
粒度小≤100μm的铬粉1-3％，粒度小≤100μm的铌粉3-7％，粒度小≤100μm的钛粉3-6％，粒度小≤100μm的TiB2粉末1-4％，石墨纤维1-4％，纳米Al2O3粉1-5％，纳米B4C粉1-5％、余量为粒度小于100μm的铜粉。
2.根据权利要求1所述的高强度铜基复合材料，其特征在于，铬粉1-2％。
3.根据权利要求1所述的高强度铜基复合材料，其特征在于，铌粉3-5％。
4.根据权利要求1所述的高强度铜基复合材料，其特征在于，钛粉4-6％。
5.根据权利要求1所述的高强度铜基复合材料，其特征在于，TiB2粉末1-3％。
6.根据权利要求1所述的高强度铜基复合材料，其特征在于，石墨纤维1-3％。
7.根据权利要求1所述的高强度铜基复合材料，其特征在于，纳米Al2O3粉2-4％。
8.根据权利要求1所述的高强度铜基复合材料，其特征在于，纳米B4C粉3-5％。
9.一种权利要求1-8任意一项所述的高强度铜基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将铬粉、铌粉、钛粉、TiB2、石墨纤维、纳米Al2O3粉、纳米B4C粉和铜粉混合，在160-170℃下烘干，烘干时间为3小时，过150目筛，然后在720-800MPa下压制成型，在720℃下烧结，烧结时间为60分钟，降至室温，得到高强度铜基复合材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，压制成型的压力为740-780MPa。
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