CN113930634A - 一种Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于金属基复合材料技术领域，公开一种Cu/SiO2‑Cu2O/SiC金属基复合材料及其制备方法，所述制备方法包括在SiC粉体表面包覆SiO2‑Cu2O复合物，制得SiC/SiO2‑Cu2O复合气凝胶，随后向所述复合气凝胶中加入Cu粉，混合均匀后将其于800～950℃温度下进行热压烧结，即获得金属基复合材料；其中，所述Cu粉体与所述SiC/SiO2‑Cu2O复合气凝胶的体积比为1:0.01～0.2。本发明采用SiO2‑Cu2O作为Cu与SiC界面过渡相，通过调控界面结构减小SiC与Cu润湿角，改善界面结合状态、力学性能及电学性能；且本发明的Cu/SiO2‑Cu2O/SiC金属基复合材料硬度最高达到1.4GPa；0～200℃电导率不随测试温度改变而变化，200～400℃电导率随测试温度的增加而缓慢增加，400～900℃电导率随测试温度的增加而急剧增加。
Description
技术领域
本发明涉及金属基复合材料技术领域，尤其涉及一种Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料及其制备方法。
背景技术
铜具有优异的导电、导热、耐腐蚀、抗疲劳等性能；并且价格低廉，广泛应用于电子、电器等行业领域。但其机械性能及高温性能较差，目前主要通过添加陶瓷颗粒、硬质金属元素及合金等来提高其综合性能，但是不同组分之间的界面润湿性、界面结合及界面化学反应成为制备过程中的关键问题。
目前解决Cu与SiC界面问题的主要方法为采用物理气相沉积法、化学沉积法在SiC颗粒表面沉积Cu2O、Cu、Ni等金属元素，但是这方法制备的原料粉体组分布不均匀，并且制备周期长，操作复杂。
发明内容
为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料及其制备方法。本发明采用SiO2-Cu2O作为SiC与Cu界面过渡相，不仅可以阻止Cu与SiC直接接触，避免界面反应，减少Cu6.69Si等硬脆相的生成，而且通过减小SiC与Cu润湿角，提高界面润湿性，改善了界面结合状态及电学性能。
通过溶胶-凝胶法制备的SiC/SiO2-Cu2O凝胶，采用鼓风干燥会出现SiC/SiO2-Cu2O板结成较大块状，之后的湿法球磨混料过程中混合不均匀，并且粉体粒径因为团聚粒径增加，不利于烧结过程的进行。本发明采用冷冻干燥法干燥SiC/SiO2-Cu2O凝胶，获得了均匀、疏松、小粒径的SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶。
本发明的一种Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料及其制备方法是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一个目的是提供一种Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
在SiC粉体表面包覆SiO2-Cu2O复合物，制得SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶，随后向所述SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶中加入Cu粉，混合均匀后将其于800～950℃温度下进行热压烧结，即获得金属基复合材料；
其中，所述Cu粉体与所述SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶的体积比为1:0.01～0.2。
进一步地，所述热压烧结是在小于10Pa的真空环境中进行，预压压力为5～30MPa，保压5～10min，随后于800～950℃保温0.5～2h，压力为25～50MPa。
进一步地，所述SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶是通过以下步骤制得的：
采用溶胶-凝胶法，将SiC粉体均匀分散于正硅酸乙酯、乙醇和水的混合溶液中，并将其置于35～45℃的水浴温度下搅拌并保温1～3h，使得在SiC粉体表面包裹一层SiO2，随后调节溶液pH值为11～12，加入Cu2O粉体继续于35～45℃的水浴温度下搅拌并保温0.5～1.5h，使得Cu2O粉体与表面包裹有SiO2的SiC反应形成SiC/SiO2-Cu2O复合凝胶，即获得所述SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶；
其中，所述Cu2O粉体与所述正硅酸乙酯的质量比为0.05～0.25:1；
进一步地，使用氨水溶液将PH调节为11～12。
进一步地，所述正硅酸乙酯、乙醇和水的体积比为1:20:20。
进一步地，所述干燥处理为冷冻干燥或真空干燥。
进一步地，所述真空干燥法是将SiC/SiO2-Cu2O复合凝胶置于真空度为-1MPa的真空干燥箱中，并于60～80℃温度下干燥12～36h。
进一步地，所述冷冻干燥是将SiC/SiO2-Cu2O复合凝胶置于-130～-115℃温度下冷冻干燥12～36h。
进一步地，采用湿法球磨方式将SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶与所述Cu粉混合均匀，所述湿法球磨的溶剂为乙醇，球料比为2:1～10:1，转速为150～200r/min，混合时间为20～40min。
进一步地，所述SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶经过湿法球磨后平均粒径为0.1～1μm，以提高凝胶颗粒分散的均匀性。
本发明的第二个目的是提供一种上述的制备方法制得Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明采用SiO2-Cu2O作为Cu与SiC界面过渡相，在XRD中未检测出Cu6.69Si等金属间化合物，表明SiC表面的SiO2-Cu2O能降低界面反应，减少Cu6.69Si等硬脆相的生成。
本发明采用冷冻干燥法干燥SiC/SiO2-Cu2O凝胶，获得均匀、疏松状的小粒径SiC/SiO2-Cu2O气凝胶粉体，有利于粉体烧结过程的进行，制备的复合材料结构均匀。
本发明通过真空热压炉烧结制备的Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料，硬度达到1.4GPa；0～200℃电导率不随测试温度改变而变化，200～400℃电导率随测试温度的增加而缓慢增加，400～900℃电导率随测试温度的增加而急剧增加。
附图说明
图1为本发明的实施例1～4得到的热压烧结的Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的XRD图。
图2为本发明的实施例5～8得到的热压烧结的Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的XRD图。
图3为本发明的实施例4得到的热压烧结Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的SEM图。
图4为本发明的实施例8得到的热压烧结Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的SEM图。
图5为本发明的实施例1～4与实施例5～8得到的热压烧结Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的实际密度曲线。
图6为本发明的实施例1～4与实施例5～8得到的热压烧结Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的硬度曲线。
图7为本发明的实施例4得到的Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料在真空条件下，样品通过四引线法测试在25～950℃之间电导率的变化。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
需要说明的是，下述各实施例中所述实验方法如无特殊说明，均为常规方法；采用的试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
实施例1
本实施例提供一种制备Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的方法，包括以下步骤：
S1，采用溶胶-凝胶法制备SiC/SiO2-Cu2O凝胶：
将SiC粉体均匀分散于正硅酸乙酯、乙醇和水的混合溶液中，并将其置于40℃的水浴温度下搅拌并保温2h，使正硅酸乙酯水解后生成的SiO2包裹在SiC表面；随后通过氨水调节溶液pH值为11～12，加入Cu2O粉体继续于40℃的水浴温度下保温并搅拌1h，使得Cu2O与SiC表面包裹的SiO2发生作用，在SiC表面SiO2-Cu2O，进而得到SiC/SiO2-Cu2O复合凝胶，随后将SiC/SiO2-Cu2O复合凝胶于-130℃冷冻干燥24h，获得固态的SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶；
其中，所述正硅酸乙酯、乙醇和水的体积比为1:20:20；
所述SiC粉体与所述正硅酸乙酯的体积比为1:0.5。
所述Cu2O粉体与所述正硅酸乙酯的质量比为0.1:1。
S2，按照85％:22％的体积比，分别称取Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶，并采用湿法球磨，在乙醇溶剂中将Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶均匀混合，球磨的球料比为5:1，转速为170r/min，获得混合粉体，球磨后的粉体平均粒径为0.5μm；
称取17g过筛后的混合粉体，并将其置于圆柱型石墨模具中，采用热压真空烧结，预压压力为10MPa，保压7min；升温速率为10℃/min；于800℃保温1.5h，压力为30MPa，即得Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料。
实施例2
本实施例提供一种制备Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的方法，包括以下步骤：
S1，采用溶胶-凝胶法制备SiC/SiO2-Cu2O凝胶：
将SiC粉体均匀分散于正硅酸乙酯、乙醇和水的混合溶液中，并将其置于40℃的水浴温度下搅拌并保温2h，使正硅酸乙酯水解后生成的SiO2包裹在SiC表面；随后通过氨水调节pH值为11～12，加入Cu2O粉体继续于40℃的水浴温度下保温并搅拌1h，使得Cu2O与SiC表面包裹的SiO2发生作用，在SiC表面表面SiO2-Cu2O，进而得到SiC/SiO2-Cu2O复合凝胶，随后将其于-130℃冷冻干燥24h，获得SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶；
其中，所述正硅酸乙酯、乙醇和水的体积比为1:20:20；
所述SiC粉体与所述正硅酸乙酯的体积比为1:0.5。
所述Cu2O粉体与所述正硅酸乙酯的质量比为0.1:1。
S2，按照85％:22％的体积比，分别称取Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶，并采用湿法球磨，在乙醇溶剂中将Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶均匀混合，球磨的球料比为5:1，转速为170r/min，获得混合粉体，球磨后的粉体平均粒径为0.5μm；
称取17g过筛后的混合粉体，并将其置于圆柱型石墨模具中，采用热压真空烧结，预压压力为10MPa，保压7min；升温速率为10℃/min；于850℃保温1.5h，压力为30MPa，即得Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料。
实施例3
本实施例提供一种制备Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的方法，包括以下步骤：
S1，采用溶胶-凝胶法制备SiC/SiO2-Cu2O凝胶：
将SiC粉体均匀分散于正硅酸乙酯、乙醇和水的混合溶液中，并将其置于40℃的水浴温度下搅拌并保温2h，使正硅酸乙酯水解后生成的SiO2包裹在SiC表面；随后通过氨水调节溶液pH值为11～12，加入Cu2O粉体继续于40℃的水浴温度下保温并搅拌1h，使得Cu2O与SiC表面包裹的SiO2发生作用，在SiC表面表面SiO2-Cu2O，进而得到SiC/SiO2-Cu2O复合凝胶，随后将其于-130℃冷冻干燥24h，获得固态的SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶；
其中，所述正硅酸乙酯、乙醇和水的体积比为1:20:20；
所述SiC粉体与所述正硅酸乙酯的体积比为1:0.5。
所述Cu2O粉体与所述正硅酸乙酯的质量比为0.1:1。
S2，按照85％:22％的体积比，分别称取Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶，并采用湿法球磨，在乙醇溶剂中将Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶均匀混合，球磨的球料比为5:1，转速为170r/min，获得混合粉体，球磨后的粉体平均粒径为0.5μm；
称取17g过筛后的混合粉体，并将其置于圆柱型石墨模具中，采用热压真空烧结，预压压力为10MPa，保压7min；升温速率为10℃/min；于900℃保温1.5h，压力为30MPa，即得Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料。
实施例4
本实施例提供一种制备Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的方法，包括以下步骤：
S1，采用溶胶-凝胶法制备SiC/SiO2-Cu2O凝胶：
将SiC粉体均匀分散于正硅酸乙酯、乙醇和水的混合溶液中，并将其置于40℃的水浴温度下搅拌并保温2h，使正硅酸乙酯水解后生成的SiO2包裹在SiC表面；随后通过氨水调节溶液pH值为11～12，加入Cu2O粉体继续于40℃的水浴温度下保温并搅拌1h，使得Cu2O与SiC表面包裹的SiO2发生作用，在SiC表面表面SiO2-Cu2O，进而得到SiC/SiO2-Cu2O复合凝胶，随后将其于-130℃冷冻干燥24h，获得固态的SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶；
其中，所述正硅酸乙酯、乙醇和水的体积比为1:20:20；
所述SiC粉体与所述正硅酸乙酯的体积比为0.5。
所述Cu2O粉体与所述正硅酸乙酯的质量比为0.1:1。
S2，按照85％:22％的体积比，分别称取Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶，并采用湿法球磨，在乙醇溶剂中将Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶均匀混合，球磨的球料比为5:1，转速为170r/min，获得混合粉体，球磨后的粉体平均粒径为0.5μm；
称取17g过筛后的混合粉体，并将其置于圆柱型石墨模具中，采用热压真空烧结，预压压力为10MPa，保压7min；升温速率为10℃/min；于950℃保温1.5h，压力为30MPa，即得Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料。
实施例5
本实施例提供一种制备Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的方法，包括以下步骤：
S1，采用溶胶-凝胶法制备SiC/SiO2-Cu2O凝胶：
将SiC粉体均匀分散于正硅酸乙酯、乙醇和水的混合溶液中，并将其置于40℃的水浴温度下搅拌并保温2h，使正硅酸乙酯水解后生成的SiO2包裹在SiC表面；随后通过氨水调节溶液pH值为11～12，加入Cu2O粉体继续于40℃的水浴温度下保温并搅拌1h，使得Cu2O与SiC表面包裹的SiO2发生作用，在SiC表面表面SiO2-Cu2O，进而得到SiC/SiO2-Cu2O复合凝胶，随后将其于-1MPa真空环境中，于70℃温度下干燥24h，获得固态的SiO2-Cu2O复合气凝胶；
其中，所述正硅酸乙酯、乙醇和水的体积比为1:20:20；
所述SiC粉体与所述正硅酸乙酯的体积比为0.5。
所述Cu2O粉体与所述正硅酸乙酯的质量比为0.1:1。
S2，按照85％:22％的体积比，分别称取Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶，并采用湿法球磨，在乙醇溶剂中将Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶均匀混合，球磨的球料比为5:1，转速为170r/min，获得混合粉体，球磨后的粉体平均粒径为0.5μm；
称取17g过筛后的混合粉体，并将其置于圆柱型石墨模具中，采用热压真空烧结，预压压力为10MPa，保压7min；升温速率为10℃/min；于800℃保温1.5h，压力为30MPa，即得Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料。
实施例6
本实施例提供一种制备Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的方法，包括以下步骤：
S1，采用溶胶-凝胶法制备SiC/SiO2-Cu2O凝胶：
将SiC粉体均匀分散于正硅酸乙酯、乙醇和水的混合溶液中，并将其置于40℃的水浴温度下搅拌并保温2h，使正硅酸乙酯水解后生成的SiO2包裹在SiC表面；随后通过氨水调节溶液pH值为11～12，加入Cu2O粉体继续于40℃的水浴温度下保温并搅拌1h，使得Cu2O与SiC表面包裹的SiO2发生作用，在SiC表面表面SiO2-Cu2O，进而得到SiC/SiO2-Cu2O复合凝胶，随后将其于-1MPa真空环境中，于70℃温度下干燥24h，获得固态的SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶；
其中，所述正硅酸乙酯、乙醇和水的体积比为1:20:20；
所述SiC粉体与所述正硅酸乙酯的体积比为0.5。
所述Cu2O粉体与所述正硅酸乙酯的质量比为0.1:1。
S2，按照85％:22％的体积比，分别称取Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶，并采用湿法球磨，在乙醇溶剂中将Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶均匀混合，球磨的球料比为5:1，转速为170r/min，获得混合粉体，球磨后的粉体平均粒径为0.5μm；
称取17g过筛后的混合粉体，并将其置于圆柱型石墨模具中，采用热压真空烧结，预压压力为10MPa，保压7min；升温速率为10℃/min；于850℃保温1.5h，压力为30MPa，即得Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料。
实施例7
本实施例提供一种制备Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的方法，包括以下步骤：
S1，采用溶胶-凝胶法制备SiC/SiO2-Cu2O凝胶：
将SiC粉体均匀分散于正硅酸乙酯、乙醇和水的混合溶液中，并将其置于40℃的水浴温度下搅拌并保温2h，使正硅酸乙酯水解后生成的SiO2包裹在SiC表面；随后通过氨水调节溶液pH值为11～12，加入Cu2O粉体继续于40℃的水浴温度下保温并搅拌1h，使得Cu2O与SiC表面包裹的SiO2发生作用，在SiC表面表面SiO2-Cu2O，进而得到SiC/SiO2-Cu2O复合凝胶，随后将其于-1MPa真空环境中，于70℃温度下干燥24h，获得固态的SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶；
其中，所述正硅酸乙酯、乙醇和水的体积比为1:20:20；
所述SiC粉体与所述正硅酸乙酯的体积比为1:0.5。
所述Cu2O粉体与所述正硅酸乙酯的质量比为0.1:1。
S2，按照85％:22％的体积比，分别称取Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶，并采用湿法球磨，在乙醇溶剂中将Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶均匀混合，球磨的球料比为5:1，转速为170r/min，获得混合粉体，球磨后的粉体平均粒径为0.5μm；
称取17g过筛后的混合粉体，并将其置于圆柱型石墨模具中，采用热压真空烧结，预压压力为10MPa，保压7min；升温速率为10℃/min；于900℃保温1.5h，压力为30MPa，即得Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料。
实施例8
本实施例提供一种制备Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的方法，包括以下步骤：
S1，采用溶胶-凝胶法制备SiC/SiO2-Cu2O凝胶：
将SiC粉体均匀分散于正硅酸乙酯、乙醇和水的混合溶液中，并将其置于40℃的水浴温度下搅拌并保温2h，使正硅酸乙酯水解后生成的SiO2包裹在SiC表面；随后通过氨水调节溶液pH值为11～12，加入Cu2O粉体继续于40℃的水浴温度下保温并搅拌1h，使得Cu2O与SiC表面包裹的SiO2发生作用，在SiC表面表面SiO2-Cu2O，进而得到SiC/SiO2-Cu2O复合凝胶，随后将其于-1MPa真空环境中，于70℃温度下干燥24h，获得固态的SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶；
其中，所述正硅酸乙酯、乙醇和水的体积比为1:20:20；
所述SiC粉体与所述正硅酸乙酯的体积比为1:0.5。
所述Cu2O粉体与所述正硅酸乙酯的质量比为0.1:1。
S2，按照85％:22％的体积比，分别称取Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶，并采用湿法球磨，在乙醇溶剂中将Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶均匀混合，球磨的球料比为5:1，转速为170r/min，获得混合粉体，球磨后的粉体平均粒径为0.5μm；
称取17g过筛后的混合粉体，并将其置于圆柱型石墨模具中，采用热压真空烧结，预压压力为10MPa，保压7min；升温速率为10℃/min；于950℃保温1.5h，压力为30MPa，即得Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料。
实施例9
本实施例提供一种制备Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的方法，包括以下步骤：
S1，采用溶胶-凝胶法制备SiC/SiO2-Cu2O凝胶：
将SiC粉体均匀分散于正硅酸乙酯、乙醇和水的混合溶液中，并将其置于35℃的水浴温度下搅拌并保温1h，使正硅酸乙酯水解后生成的SiO2包裹在SiC表面；随后通过氨水调节溶液pH值为11～12，加入Cu2O粉体继续于35℃的水浴温度下保温并搅拌1.5h，使得Cu2O与SiC表面包裹的SiO2发生作用，在SiC表面表面SiO2-Cu2O，进而得到SiC/SiO2-Cu2O复合凝胶，随后将其于-115℃冷冻干燥12h，获得固态的SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶；
其中，所述正硅酸乙酯、乙醇和水的体积比为1:20:20；
所述SiC粉体与所述正硅酸乙酯的体积比为1:0.1。
所述Cu2O粉体与所述正硅酸乙酯的质量比为0.05:1。
S2，按照1:0.01的体积比，分别称取Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶，并采用湿法球磨，在乙醇溶剂中将Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶均匀混合，球磨的球料比为2:1，转速为200r/min，获得混合粉体，球磨后的粉体平均粒径为1μm；
称取17g过筛后的混合粉体，并将其置于圆柱型石墨模具中，采用热压真空烧结，预压压力为5MPa，保压10min；升温速率为10℃/min；于850℃保温2h，压力为25MPa，即得Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料。
实施例10
本实施例提供一种制备Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的方法，包括以下步骤：
S1，采用溶胶-凝胶法制备SiC/SiO2-Cu2O凝胶：
将SiC粉体均匀分散于正硅酸乙酯、乙醇和水的混合溶液中，并将其置于45℃的水浴温度下搅拌并保温3h，使正硅酸乙酯水解后生成的SiO2包裹在SiC表面；随后通过氨水调节溶液pH值为11～12，加入Cu2O粉体继续于45℃的水浴温度下保温并搅拌0.5h，使得Cu2O与SiC表面包裹的SiO2发生作用，在SiC表面表面SiO2-Cu2O，进而得到SiC/SiO2-Cu2O复合凝胶，随后将其于-120℃冷冻干燥36h，获得固态的SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶；
其中，所述正硅酸乙酯、乙醇和水的体积比为1:20:20；
所述SiC粉体与所述正硅酸乙酯的体积比为1:1。
所述Cu2O粉体与所述正硅酸乙酯的质量比为0.25:1。
S2，按照1:0.2的体积比，分别称取Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶，并采用湿法球磨，在乙醇溶剂中将Cu粉和SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶均匀混合，球磨的球料比为10:1，转速为150r/min，获得混合粉体，球磨后的粉体平均粒径为0.1μm；
称取17g过筛后的混合粉体，并将其置于圆柱型石墨模具中，采用热压真空烧结，预压压力为15MPa，保压5min；升温速率为10℃/min；于850℃保温0.5h，压力为50MPa，即得Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料。
为了说明本发明提供的一种制备Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的方法制得的复合材料的相关性能，对实施例1～8提供的复合材料进行测试。
其中，采用日本理学电机株式会社的SmartLab型X射线衍射分析仪(XRD)对实施例1～8得到的热压烧结的Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的XRD图，进而分析得到不同烧结温度下制备的Cu/SiO2-Cu2O/SiC复合材料的物相组成，见图1～2。
采用日本电子株式会社的JSM-7001F型扫描电子显微镜(SEM)来检测分析实施例1～8得到的热压烧结的Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的拉伸断面，见图3～4。图3为实施例3的拉伸断面微观形貌图，图4为实施例7的拉伸断面微观形貌图。
采用阿基米德测密度法测量实施例1～8制得的Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料致密度体积密度，结果见图5。
采用华银型号为HYHV-30Z的维氏硬度计测量实施例1～8制得的Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料硬度，结果见图6。
采用四引线法测试实施例4制得的Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料真空条件下，25～900℃温度范围内电导率变化。
图1为实施例1～4得到的热压烧结Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的XRD图。图2为实施例5～8得到的热压烧结Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的XRD图。从图1和图2中可以看出，通过冷冻干燥及鼓风干燥法得到混合粉体，在800～950℃的烧结温度下，制备的Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的XRD图谱中除Cu与SiC峰外，没有其他峰出现，说明在制备过程中没有Cu6.69SiC等硬脆相生成，因此得出采用溶胶-凝胶法，将SiO2-Cu2O包裹在SiC颗粒表面能够抑制Cu与SiC的界面反应，避免界面反应。
图3为实施例4得到的热压烧结Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的XRD图。图4为实施例8得到的热压烧结Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的XRD图。从图3和图4中可以看出，通过冷冻干燥法制备粉体，烧结制备的Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料，其拉伸断面SEM图表明Cu基体形成连续网络状结构，颗粒之间形成明显烧结颈；SiC颗粒与基体Cu的界面结合紧密。通过鼓风干燥法制备粉体，烧结制备的Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料，其拉伸断面SEM图表明Cu颗粒之间存在较为明显的缝隙，并且SiC颗粒分布不均匀。
图5为本发明的实施例1～4和实施例5～8得到的热压烧结Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的实际密度曲线。从图五中可以看出，致密度随烧结温度增加而增大，并且实施例中样品实际密度均大于对比例中相应烧结温度样品的实际密度。
图6为本发明的实施例1～4和实施例5～8得到的热压烧结Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的硬度曲线。从图五中可以看出，硬度随烧结温度增加而增大，并且实施例中样品硬度均大于对比例中相应烧结温度样品的硬度值，最大值为1.4GPa。
图7为本发明的实施例4得到的Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料在真空条件下，通过四引线法测试样品在25～900℃之间电导率的变化。在0～200℃电导率不随测试温度改变而变化，200～400℃电导率随测试温度的增加而缓慢增加，400～900℃电导率随测试温度的增加而急剧增加。表明在高温测试过程中，SiC颗粒起主导作用，随着温度的升高，电导率逐渐提高，并在700℃电导率斜率突然增大。
综上，本发明提供一种制备SiO2-Cu2O非晶玻璃相包裹陶瓷颗粒，再与金属粉体均匀混合的新方法。通过对比实施例1～4和实施例5～8，论证了采用溶胶-凝胶法制备SiO2-Cu2O包裹SiC颗粒的粉体原料，即SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶能够有效提高界面润湿性并避免Cu与SiC界面反应；通过SiO2-Cu2O非晶玻璃相调控界面结构，在0～200℃电导率不随测试温度改变而变化，200～400℃电导率随测试温度的增加而缓慢增加，400～900℃电导率随测试温度的增加而急剧增加。采用冷冻干燥法制备SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶粒径更小，有利于烧结致密化过程的进行，Cu与SiC界面结合紧密，无明显气孔存在，因此材料致密度及硬度显著提高。
显然，上述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在SiC粉体表面包覆SiO2-Cu2O复合物，制得SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶，随后向所述SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶中加入Cu粉，混合均匀后将其于800～950℃温度下进行热压烧结，即获得金属基复合材料；
其中，所述Cu粉体与所述SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶的体积比为1:0.01～0.2。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热压烧结是在小于10Pa的真空环境中进行，预压压力为5～30MPa，保压5～10min，随后于压力为25～50MPa、800～950℃保温0.5～2h。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶通过以下步骤制得：
采用溶胶-凝胶法，将SiC粉体均匀分散于正硅酸乙酯、乙醇和水的混合溶液中，并将其于35～45℃的温度下搅拌并保温1～3h，随后调节溶液pH值为11～12，加入Cu2O粉体继续于35～45℃的温度下搅拌并保温0.5～1.5h，再将其经干燥处理后即获得SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶；
其中，所述SiC粉体与所述正硅酸乙酯的体积比为1:0.1～1；
所述Cu2O粉体与所述正硅酸乙酯的质量比为0.05～0.25:1。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述正硅酸乙酯、乙醇和水的体积比为1:20:20。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述干燥处理为冷冻干燥或真空干燥。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻干燥是将SiC/SiO2-Cu2O复合凝胶置于-130～-115℃温度下冷冻干燥12～36h。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述真空干燥法是将SiC/SiO2-Cu2O复合凝胶置于真空度为-1MPa、60～80℃温度的条件下干燥12～36h。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用湿法球磨方式将SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶与所述Cu粉混合均匀，所述湿法球磨的溶剂为乙醇，球料比为2～10:1，转速为150～200r/min，混合时间为20～40min。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述SiC/SiO2-Cu2O复合气凝胶经过湿法球磨后粒径为0.1～1μm。
10.一种如权利要求1-9任意一项所述的制备方法制得的Cu/SiO2-Cu2O/SiC金属基复合材料。
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