CN111778421B - 铜基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铜基复合材料及其制备方法，属于铜基复合材料技术领域。本发明的铜基复合材料的制备方法，包括：将镀铜碳纳米管、氧化亚铜和铜铝合金粉混匀，然后压制成锭坯后进行内氧化烧结，氧化亚铜作为氧化剂使铜铝合金粉中的铝经内氧化转化为氧化铝；再将剩余的氧化亚铜还原；最后进行热挤压。该方法采用原位合成法，使铝与氧化亚铜进行化学反应形成颗粒细小、热力学稳定的Al2O3颗粒，与铜基体的界面结合良好，载流摩擦磨损过程中起到有效的支撑作用，有利于降低摩擦表面磨损和塑性变形，镀铜碳纳米管与铜基体具有较好的界面结合，且分散均匀，有利用充分发挥CNTs的自润滑和高温稳定性，在铜基体中起到载荷传递和润滑的作用。

Description

铜基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铜基复合材料及其制备方法，属于铜基复合材料技术领域。
背景技术
随着航空航天、电力传输、高速铁路等领域不断发展，要求铜基复合材料具有更优异的强度、导电性能和载流摩擦磨损性能。目前，国内外对载流摩擦领域用铜基复合材料的研究大多集中在单一颗粒增强的铜基复合材料，难以实现对铜基复合材料载流摩擦磨损性能、力学性能的综合提升，同时保证良好的导电率，在很大程度上限制了铜基复合材料的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铜基复合材料的制备方法，该方法制得的铜基复合材料具有良好的载流摩擦磨损性能和导电性能。
本发明的目的还在于提供一种铜基复合材料，该铜基复合材料具有良好的载流摩擦磨损性能和导电性能。
本发明的技术方案如下：
一种铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镀铜碳纳米管、氧化亚铜和铜铝合金粉混匀，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料压制成锭坯后进行内氧化烧结，氧化亚铜作为氧化剂使铜铝合金粉中的铝经内氧化转化为氧化铝；其中，氧化亚铜相对于铜铝合金粉中的铝是过量的；
(3)利用还原性气体将步骤(2)内氧化烧结后剩余的氧化亚铜还原；
(4)对步骤(3)还原后的锭坯进行热挤压。
本发明的铜基复合材料经过混合、内氧化烧结、还原和热挤压即可制备得到，该工艺简单、可操作性好，所得铜基复合材料具有较高的组织致密度、界面结合性能和力学性能。
本发明的铜基复合材料采用原位合成法，使铝与氧化亚铜进行化学反应形成颗粒细小、热力学稳定的Al2O3颗粒，原位合成的增强颗粒Al2O3与铜基体的界面结合良好，载流摩擦磨损过程中起到有效的支撑作用，有利于降低摩擦表面磨损和塑性变形，镀铜碳纳米管与铜基体具有较好的界面结合，有利于充分发挥CNTs的自润滑和高温稳定性，在铜基体中起到载荷传递和润滑的作用，本发明制备方法得到的铜基复合材料在载流摩擦磨损服役过程中，原位生成的纳米Al2O3颗粒和镀铜CNTs充分发挥增强体的特征，实现两种增强体之间的耦合效应，达到协同增强铜基体的作用，提高铜基复合材料的载流摩擦磨损性能。
可以理解的是，热压制成锭坯的压制条件以如下条件为优：压制压力为10～15MPa，压制时间为1～3h。
可以理解的是，所述内氧化烧结的气体氛围为保护气体，可是氮气或氩气。可以是在真空条件下进行内氧化烧结，也可以是在低压下进行内氧化烧结。
应当理解的是，氧化亚铜的粒径以2～5μm为优，铜铝合金粉的粒径以20～30μm为优，该粒径的氧化亚铜和铜铝合金粉有利于原料混料，易得到性能更好的铜基复合材料。
应当理解的是，镀铜碳纳米管、氧化亚铜和铜铝合金粉混匀的方法可以为：(1)将镀铜碳纳米管加入酒精水溶液(其中酒精的体积分数为5％～20％)中，经电磁搅拌得到浆料，然后向浆料中加入铜铝合金粉，在50～60℃下进行电磁搅拌，得到CNTs/CuAl复合粉末；(2)将CNTs/CuAl复合粉末在90～100℃干燥1h，去除水分，与氧化亚铜和铜铝合金粉混合后，在轻型球磨机上进行干混球磨，得到原料粉。球磨的时间12～24h，转速为250～350r/min，质量球料比5:1。
为了提高碳纳米管在铜基复合材料中分散的均匀性，采用镀铜碳纳米管。为了使得镀铜碳纳米管与氧化亚铜和铜铝合金粉混匀，可以采用能够与酒精水溶液混合形成浆料的镀铜碳纳米管，例如，可以是采用现有技术的方法，按照酸化、敏化、活化和镀铜步骤制得的镀铜碳纳米管，也可以采用包含以下步骤的方法制备得到的镀铜碳纳米管：
(1)酸化
将CNTs放入KMnO4和H2SO4的混合溶液中，水浴加热下进行搅拌，然后洗涤至中性，真空抽滤，对CNTs进行纯化处理。
(2)敏化
将酸化后的CNTs置于敏化液中，进行敏化处理后洗至中性，分离出CNTs。敏化处理所用敏化液由氯化亚锡、盐酸和水组成，所述氯化亚锡以SnCl2·2H2O计，质量浓度为20～30g/L；所述盐酸的质量分数为36％～38％，加入量为10～20mL/L。敏化处理的温度为40～50℃，敏化处理的时间为30～40min。
(3)活化
将敏化后的CNTs置于活化液中，进行活化处理后洗至中性，分离出CNTs。活化液的制备方法为：向8～15g/L的硝酸银溶液中加入氨水至体系透明。所述活化处理的温度为40～50℃，活化处理的时间为40～50min。
(4)化学镀铜
将活化后的CNTs置于镀铜液中，进行镀铜处理后洗至中性，分离出镀铜CNTs。
镀铜液的组成为：无水CuSO4为6～12g/L，甲醛溶液为20～25mL/L，Na2EDTA为15～20g/L，C4O6H4KNa为15～25g/L，CNTs为0～2g/L所述甲醛溶液的质量分数为36％～38％。镀铜处理时，调节pH值为11.5～12.0，温度为50～60℃，镀铜时间为30～50min，同时进行电磁搅拌。
优选地，步骤(1)中，所述铜铝合金粉中铝的质量百分含量为0.1％～1％。铜铝合金粉中铝的质量百分含量为0.1％～1％时，铜铝合金粉中的铝与氧化亚铜反应生成的Al2O3可以有效提高铜基复合材料的载流摩擦磨损性能。所述铜铝合金粉中铝的质量百分含量进一步优选为0.5％～0.8％。
优选地，步骤(1)中，所述氧化亚铜中氧元素与铜铝合金粉中铝元素的摩尔比为1.5～1.8:1。氧化亚铜中氧元素与铜铝合金粉中铝元素的摩尔比为1.5～1.8:1时，有利于使得铜铝合金粉中的铝完全转变为氧化铝。
优选地，步骤(1)中，所述镀铜碳纳米管在混合物料中的体积百分含量为0.5％～5％。通过合理调整和优化镀铜碳纳米管的用量，使得镀铜碳纳米管在铜基体中起到良好的载荷传递和润滑作用。
优选地，步骤(2)中，所述内氧化烧结的温度为950～1000℃，所述内氧化烧结的时间为2～5h。若内氧化烧结温度高于1000℃，将会使得原位生成的氧化铝的粒径生长过大，使得铜基复合材料的硬度明显降低，950～1000℃的内氧化烧结温度有利于提高氧化铝的生成效率，得到的氧化铝也更能提高铜基复合材料的综合性能。通过合理调整内氧化烧结温度、压力和时间，控制Al2O3大小和弥散分布程度，有利于提高复合材料的强度和载流摩擦磨损性能。
优选地，步骤(2)中，所述内氧化烧结的压力为5～30MPa。
优选地，步骤(3)中，所述还原性气体为纯氢气或含氢体积分数为5％～20％的氢氩混合气。氢气能够有效去除氧化亚铜和氧源。
优选地，步骤(3)中，所述还原的温度为900～950℃，所述还原的时间为2～5h。通过合理调整和优化还原的温度、时间条件，能够兼顾还原效率和还原效果。
优选地，步骤(4)中，所述热挤压的压力为400～900MPa，所述热挤压的温度为850～950℃。
一种铜基复合材料，所述铜基复合材料包括碳纳米管、氧化铝和铜基体。
本发明的铜基复合材料包括碳纳米管、氧化铝和铜基体，碳纳米管(CNTs)是一种具有独特一维纳米结构的晶须，具有良好的高耐磨性和自润滑性，且CNTs能够分散电弧和抑制喷溅，增强材料的耐电弧侵蚀能力，有利于提高铜基复合材料的强度和载流摩擦磨损性能。氧化铝(Al2O3)颗粒具有良好的稳定性，在铜基中可以起到阻碍位错、亚晶界运动，抑制再结晶晶核形成和晶粒长大的作用，使铜基复合材料具有较优越的高温力学性能。同时，作为摩擦磨损过程中的支撑点，有利于降低表面磨损和塑性变形，提高铜基复合材料抗载流摩擦磨损能力。该复合材料中氧化铝颗粒和碳纳米管晶须将颗粒和晶须两种增强相以混杂的方式存在于铜基体中，有利于发挥氧化铝和碳纳米管各自的优势，使得该铜基复合材料具有良好的导电率、硬度和载流摩擦磨损性能，综合性能优良。
优选地，所述氧化铝在铜基复合材料中的体积百分含量为0.5％～4％，所述碳纳米管在铜基复合材料中的体积百分含量为0.5％～5％，所述氧化铝和碳纳米管在铜基复合材料中的总体积百分含量为1％～9％。通过合理调整和优化氧化铝和碳纳米管的体积百分含量，更有利于得到综合性能优良的铜基复合材料。
优选地，所述碳纳米管的长径比为50～500，所述碳纳米管的长度为10～30μm。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明的实施例中的碳纳米管的长径比为50～500，长度为10～30μm。
一、本发明的铜基复合材料的具体实施例如下：
实施例1-6
实施例1-6的铜基复合材料，由碳纳米管、氧化铝和铜组成，氧化铝和碳纳米管的体积分数如表1所示。
表1实施例1-6的氧化铝和碳纳米管的体积分数
Figure BDA0002595006960000041
二、本发明的铜基复合材料的制备方法的具体实施例如下：
实施例7
本实施例的铜基复合材料的制备方法，制得的铜基复合材料为实施例1的铜基复合材料，步骤如下：
(一)镀铜碳纳米管的制备
(1)酸化
将CNTs放入KMnO4(10g/L)和H2SO4(30ml/L)的混合溶液中，在80℃下水浴加热，并进行电磁搅拌1h，随后用去离子水洗涤至pH为7，真空抽滤，对CNTs进行纯化处理。
(2)敏化
将酸化后的CNTs置于敏化液中，进行电磁搅拌，敏化处理的温度为45℃，敏化处理的时间为35min，敏化处理后用去离子水洗至中性，并进行真空抽滤，分离出CNTs。
敏化液是由氯化亚锡、盐酸和去离子水组成，氯化亚锡以SnCl2·2H2O计，纯度为98％，氯化亚锡在敏化液中的浓度为25g/L，盐酸为质量分数37％的浓盐酸，每1L敏化液中盐酸的加入量为20mL。
(3)活化
将敏化后的CNTs置于活化液中，活化处理的温度为45℃，处理时间为45min，活化处理后用去离子水洗至中性，并进行真空抽滤，分离出CNTs。
活化液的制备方法为：向10g/L的硝酸银溶液中加入氨水直至体系透明。
(4)化学镀铜
将活化后的CNTs置于镀铜液中，调节pH值为11.5，进行电磁搅拌，镀铜温度为55℃，镀铜时间为40min，镀铜后的碳纳米管在去离子水进行超声波清洗，分离出CNTs。
镀铜液的组成为：无水CuSO4为10g/L，甲醛溶液(甲醛溶液的质量分数为37％)为20mL/L，Na2EDTA为20g/L，C4O6H4KNa为20g/L，CNTs为1g/L。
(二)铜基复合材料的制备
(1)浆料分散
将1.3g镀铜碳纳米管(镀铜CNTs)加入100mL酒精水溶液中，在60℃下进行电磁搅拌1h，得到浆料，向浆料中加入100g铜铝合金粉，在80℃下进行电磁搅拌，制备CNTs/Cu复合粉末。
(2)球磨混粉
将步骤(1)制得的CNTs/Cu复合粉末在100℃下进行真空干燥1h，去除水分，与60g的Cu2O粉和900g的铜铝合金粉(铜铝合金粉中铝的质量百分含量为0.8％)混合，在轻型球磨机上进行干混球磨，球磨时间24h，转速为350r/min，质量球料比5:1，球磨后得到原料粉。
(3)粉末内氧化烧结
将原料粉压制成锭坯，在氮气环境中，将锭坯置于ZT-120-22Y真空热压烧结炉中进行内氧化烧结，在950℃下内氧化烧结3h，热压的压力为10MPa，氧化亚铜作为氧化剂使铜铝合金粉中的铝经内氧化转化为氧化铝。
(4)还原
将烧结后圆柱坯料置于还原炉(STGK-100-12真空气氛管式电阻炉)中，在氢气体积分数为10％的高纯氢氩混合气中，在950℃下还原3h。
(5)热挤压
将还原后直径为50mm的坯料在卧式挤压机上进行挤压，热挤压温度950℃，得到直径为16mm的圆棒料，挤压应力为850MPa。
实施例8
本实施例的铜基复合材料的制备方法，制得的铜基复合材料为实施例2的铜基复合材料，步骤如下：
(1)浆料分散
将2.6g镀铜碳纳米管(镀铜CNTs)加入100mL酒精水溶液中，在60℃下进行电磁搅拌1h，得到浆料，向浆料中加入100g铜铝合金粉，在80℃下进行电磁搅拌，制备CNTs/Cu复合粉末。
(2)球磨混粉
将步骤(1)制得的CNTs/Cu复合粉末在100℃下进行真空干燥1h，去除水分，与60g的Cu2O粉和900g的铜铝合金粉(铜铝合金粉中铝的质量百分含量为0.8％)混合，在轻型球磨机上进行干混球磨，球磨时间24h，转速为350r/min，质量球料比5:1，球磨后得到原料粉。
(3)粉末内氧化烧结
将原料粉压制成锭坯，在氮气环境中，将锭坯置于ZT-120-22Y真空热压烧结炉中进行内氧化，在950℃下内氧化3h，热压的压力为10MPa，氧化亚铜作为氧化剂使铜铝合金粉中的铝经内氧化转化为氧化铝。
(4)还原
将烧结后圆柱坯料置于还原炉(STGK-100-12真空气氛管式电阻炉)中，在氢气体积分数为10％的高纯氢氩混合气中，在950℃下还原3h。
(5)热挤压
将还原后直径为50mm的坯料在卧式挤压机上进行挤压，热挤压温度950℃，得到直径为16mm的圆棒料，挤压应力为850MPa。
实施例9
本实施例的铜基复合材料的制备方法，制得的铜基复合材料为实施例3的铜基复合材料，步骤如下：
(1)浆料分散
将5.2g镀铜碳纳米管(镀铜CNTs)加入100mL酒精水溶液中，在60℃下进行电磁搅拌1h，得到浆料，向浆料中加入100g铜铝合金粉，在80℃下进行电磁搅拌，制备CNTs/Cu复合粉末。
(2)球磨混粉
将步骤(1)制得的CNTs/Cu复合粉末在100℃下进行真空干燥1h，去除水分，与60g的Cu2O粉和900g的铜铝合金粉(铜铝合金粉中铝的质量百分含量为0.8％)混合，在轻型球磨机上进行干混球磨，球磨时间24h，转速为350r/min，质量球料比5:1，球磨后得到原料粉。
(3)粉末内氧化烧结
将原料粉压制成锭坯，在氮气环境中，将锭坯置于ZT-120-22Y真空热压烧结炉中进行内氧化，在950℃下内氧化3h，热压的压力为10MPa，氧化亚铜作为氧化剂使铜铝合金粉中的铝经内氧化转化为氧化铝。
(4)还原
将烧结后圆柱坯料置于还原炉(STGK-100-12真空气氛管式电阻炉)中，在氢气体积分数为10％的高纯氢氩混合气中，在950℃下还原3h。
(5)热挤压
将还原后直径为50mm的坯料在卧式挤压机上进行挤压，热挤压温度950℃，得到直径为16mm的圆棒料，挤压应力为850MPa。
实施例10
本实施例的铜基复合材料的制备方法，制得的铜基复合材料为实施例4的铜基复合材料，步骤如下：
(1)浆料分散
将10.6g镀铜碳纳米管(镀铜CNTs)加入100mL酒精水溶液中，在60℃下进行电磁搅拌1h，得到浆料，向浆料中加入100g铜铝合金粉，在80℃下进行电磁搅拌，制备CNTs/Cu复合粉末。
(2)球磨混粉
将步骤(1)制得的CNTs/Cu复合粉末在100℃下进行真空干燥1h，去除水分，与60g的Cu2O粉和900g的铜铝合金粉(铜铝合金粉中铝的质量百分含量为0.8％)混合，在轻型球磨机上进行干混球磨，球磨时间24h，转速为350r/min，质量球料比5:1，球磨后得到原料粉。
(3)粉末内氧化烧结
将原料粉压制成锭坯，在氮气环境中，将锭坯置于ZT-120-22Y真空热压烧结炉中进行内氧化，在950℃下内氧化3h，热压的压力为10MPa，氧化亚铜作为氧化剂使铜铝合金粉中的铝经内氧化转化为氧化铝。
(4)还原
将烧结后圆柱坯料置于还原炉(STGK-100-12真空气氛管式电阻炉)中，在氢气体积分数为10％的高纯氢氩混合气中，在950℃下还原3h。
(5)热挤压
将还原后直径为50mm的坯料在卧式挤压机上进行挤压，热挤压温度950℃，得到直径为16mm的圆棒料，挤压应力为850MPa。
实施例11
本实施例的铜基复合材料的制备方法，制得的铜基复合材料为实施例5的铜基复合材料，步骤如下：
(1)浆料分散
将2.6g镀铜碳纳米管(镀铜CNTs)加入100mL酒精水溶液中，在60℃下进行电磁搅拌1h，得到浆料，向浆料中加入170g铜铝合金粉，在80℃下进行电磁搅拌，制备CNTs/Cu复合粉末。
(2)球磨混粉
将步骤(1)制得的CNTs/Cu复合粉末在100℃下进行真空干燥1h，去除水分，与2g的Cu2O粉和830g的铜铝合金粉(铜铝合金粉中铝的质量百分含量为0.14％)混合，在轻型球磨机上进行干混球磨，球磨时间24h，转速为350r/min，质量球料比5:1，球磨后得到原料粉。
(3)粉末内氧化烧结
将原料粉压制成锭坯，在氮气环境中，将锭坯置于ZT-120-22Y真空热压烧结炉中进行内氧化，在950℃下内氧化3h，热压的压力为10MPa，氧化亚铜作为氧化剂使铜铝合金粉中的铝经内氧化转化为氧化铝。
(4)还原
将烧结后圆柱坯料置于还原炉(STGK-100-12真空气氛管式电阻炉)中，在氢气体积分数为10％的高纯氢氩混合气中，在950℃下还原3h。
(5)热挤压
将还原后直径为50mm的坯料在卧式挤压机上进行挤压，热挤压温度950℃，得到直径为16mm的圆棒料，挤压应力为850MPa。
实施例12
本实施例的铜基复合材料的制备方法，制得的铜基复合材料为实施例6的铜基复合材料，步骤如下：
(1)浆料分散
将2.6g镀铜碳纳米管(镀铜CNTs)加入100mL酒精水溶液中，在60℃下进行电磁搅拌1h，得到浆料，向浆料中加入100g铜铝合金粉(铜铝合金粉中铝的质量百分含量为0.8％)，在80℃下进行电磁搅拌，制备CNTs/Cu复合粉末。
(2)球磨混粉
将步骤(1)制得的CNTs/CuAl复合粉末在100℃下进行真空干燥1h，去除水分，与9g的Cu2O粉、250g的铜粉和650g铜铝合金粉，在轻型球磨机上进行干混球磨，球磨时间24h，转速为350r/min，质量球料比5:1，球磨后得到原料粉。
(3)粉末内氧化烧结
将原料粉压制成锭坯，在氮气环境中，将锭坯置于ZT-120-22Y真空热压烧结炉中进行内氧化，在950℃下内氧化3h，热压的压力为10MPa，氧化亚铜作为氧化剂使铜铝合金粉中的铝经内氧化转化为氧化铝。
(4)还原
将烧结后圆柱坯料置于还原炉(STGK-100-12真空气氛管式电阻炉)中，在氢气体积分数为10％的高纯氢氩混合气中，在950℃下还原3h。
(5)热挤压
将还原后直径为50mm的坯料在卧式挤压机上进行挤压，热挤压温度950℃，得到直径为16mm的圆棒料，挤压应力为850MPa。
三、对比例的说明
对比例1
本对比例的铜基复合材料的制备方法与实施例7的不同之处仅在于，步骤(二)中的原位生成的纳米Al2O3颗粒替换为外加微米TiB2颗粒，相应的，铜铝合金粉替换为铜粉，且不再加Cu2O粉，不需要还原步骤，其余步骤同实施例7，具体包括以下步骤：
(1)浆料分散
将2.6g镀铜碳纳米管(镀铜CNTs)加入100mL酒精水溶液中，在60℃下进行电磁搅拌1h，得到浆料，向浆料中加入100g铜粉，在80℃下进行电磁搅拌，制备CNTs/Cu复合粉末。
(2)球磨混粉
将步骤(1)制得的CNTs/Cu复合粉末在100℃下进行真空干燥1h，去除水分，与900g的铜粉混合，在轻型球磨机上进行干混球磨，球磨时间24h，转速为350r/min，质量球料比5:1，球磨后得到原料粉。
(3)粉末烧结
将原料粉压制成锭坯，在氮气环境中，将锭坯置于ZT-120-22Y真空热压烧结炉中进行内氧化烧结，在950℃下烧结3h，热压的压力为10MPa。
(4)热挤压
将烧结后的坯料在卧式挤压机上进行挤压，热挤压温度950℃，得到直径为16mm的圆棒料，挤压应力为850MPa。
对比例2
本对比例的铜基复合材料的制备方法与实施例7的不同之处仅在于，无碳纳米管的加入，没有起到载荷传递效应和减磨的作用。步骤(二)中镀铜碳纳米管的用量为0g，其余步骤同实施例7，具体包括以下步骤：
(1)球磨混粉
将60g的Cu2O粉和900g的铜铝合金粉(铜铝合金粉中铝的质量百分含量为0.8％)混合，在轻型球磨机上进行干混球磨，球磨时间24h，转速为350r/min，质量球料比5:1，球磨后得到原料粉。
(2)粉末内氧化烧结
将原料粉压制成锭坯，在氮气环境中，将锭坯置于ZT-120-22Y真空热压烧结炉中进行内氧化烧结，在950℃下内氧化烧结3h，热压的压力为10MPa，氧化亚铜作为氧化剂使铜铝合金粉中的铝经内氧化转化为氧化铝。
(3)还原
将烧结后圆柱坯料置于还原炉(STGK-100-12真空气氛管式电阻炉)中，在氢气体积分数为10％的高纯氢氩混合气中，在950℃下还原3h。
(4)热挤压
将还原后直径为50mm的坯料在卧式挤压机上进行挤压，热挤压温度950℃，得到直径为16mm的圆棒料，挤压应力为850MPa。
四、相关试验例
试验例1
对实施例7-12制得的铜基复合材料和对比例1-2制得的铜基复合材料的导电率、硬度和载流摩擦磨损性能进行表征，得到的结果如表2所示。
导电率的表征是使用厦门天研仪器有限公司Sigma 2008B1数字电导率仪测试其导电率。
硬度的表征是采用上海研润光机科技有限公司的320HBS-3000型数显式布氏硬度计进行硬度测试。
强度的表征是采用日本岛津AUTOGRAPH AG-I 250KN万能拉伸试验机进行强度测试。
载流摩擦磨损性能的表征是采用HST-100型高速载流摩擦试验机，测试条件为载流摩擦试验的电流为25A、速度为10m/s、负载为50N、时长为10s。
表2铜基复合材料的性能
Figure BDA0002595006960000111
实验结果表明，本发明的碳纳米管和原位生成的三氧化二铝混杂增强铜基复合材料，具有良好的导电率，硬度，抗拉强度和载流摩擦磨损性能，综合性能较其他晶须和颗粒增强铜基复合材料和单一颗粒增强铜基复合材料有较大幅度提高。
对比例1利用外加微米TiB2颗粒替换了实施例7中的原位生成的纳米Al2O3颗粒，导致铜基复合材料硬度和抗拉强度降低，抗载流摩擦磨损能力下降。

Claims (6)

1.一种铜基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将镀铜碳纳米管、氧化亚铜和铜铝合金粉混匀，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料压制成锭坯后进行内氧化烧结，氧化亚铜作为氧化剂使铜铝合金粉中的铝经内氧化转化为氧化铝：其中，氧化亚铜相对于铜铝合金粉中的铝是过量的；
(3)利用还原性气体将步骤(2)内氧化烧结后剩余的氧化亚铜还原；
(4)对步骤(3)还原后的锭坯进行热挤压；
步骤(1)所述混匀包括以下步骤：
i、将镀铜碳纳米管加入酒精水溶液中，经电磁搅拌得到浆料，然后向浆料中加入铜铝合金粉，在50～60℃下进行电磁搅拌，得到CNTS/CuAl复合粉末；所述酒精水溶液中酒精的体积分数为5％～20％；
ii、将CNTS/CuAl复合粉末在90～100℃干燥lh，去除水分，与氧化亚铜和铜铝合金粉混合后，在轻型球磨机上进行干混球磨，得到混合物料；
步骤(2)中，压制成锭坯的压制条件为：压制压力为10～15MPa，压制时间为1～3h；所述内氧化烧结的温度为950-1000℃，所述内氧化烧结的时间为2～5h；
步骤(4)中，所述热挤压的压力为400～900MPa，所述热挤压的温度为850～950℃；
所述镀铜碳纳米管在混合物料中的体积百分含量为0.59％～5％；
步骤(3)中，所述还原的温度为900-950℃，所述还原的时间为2～5h。
2.根据权利要求1所述的铜基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铜铝合金粉中铝的质量百分含量为0.1％～1％。
3.根据权利要求1所述的铜基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化亚铜中氧元素与铜铝合金粉中铝元素的摩尔比为1.5～1.8：1。
4.一种铜基复合材料，其特征在于，所述铜基复合材料包括碳纳米管、氧化铝和铜；所述铜基复合材料采用如权利要求1所述的铜基复合材料的制备方法制备而成。
5.根据权利要求4所述的铜基复合材料，其特征在于，所述氧化铝在铜基复合材料中的体积百分含量为0.5％-4％，所述氧化铝和碳纳米管在铜基复合材料中的总体积百分含量为1％-9％。
6.根据权利要求5所述的铜基复合材料，其特征在于，所述碳纳米管的长径比为50～500，所述碳纳米管的长度为10-30μm。
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US3779714A (en) * 1972-01-13 1973-12-18 Scm Corp Dispersion strengthening of metals by internal oxidation
DE102004012386A1 (de) * 2004-03-13 2005-10-06 Wieland-Werke Ag Verbundhalbzeug aus einer Kupferlegierung, Herstellungsverfahren und Verwendung
CN102796912B (zh) * 2012-08-24 2014-07-16 国家电网公司 一种Al2O3弥散强化铜合金棒材的制备方法
CN103627923B (zh) * 2013-12-18 2015-10-07 江苏科技大学 一种高导热低摩擦系数导电材料及其制备方法
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