CN1167820C - 一种锡碳化钛颗粒增强铜基复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锡碳化钛颗粒增强铜基复合材料及其制备方法。本发明复合材料由锡碳化钛(Ti2SnC)颗粒增强相和铜基体组成，其中Ti2SnC颗粒增强相的体积百分数为5～50%；其制备方法是：首先，将Ti2SnC颗粒和Cu粉末采用物理机械方法均匀混合，然后在真空或惰性气体保护下热压烧结或热等静压烧结，温度750℃～900℃、压力20～50MPa，烧结时间0.5～2小时，制备成Ti2SnC颗粒增强Cu基复合材料。本发明可制备出具有高强度、高导电性、耐高温和自润滑等综合性能的锡碳化钛颗粒增强铜基复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及金属基复合材料，具体为一种锡碳化钛颗粒增强铜基复合材料及其制备方法。
背景技术
颗粒增强铜基复合材料可同时兼有颗粒增强相的高强度和铜基体的良好导电、导热性，在电子、机电、航空等领域具有广泛的应用前景。目前，采用氧化物陶瓷颗粒作为增强相的铜基复合材料，强度和模量明显提高，其不足之处是：电导率随着氧化物颗粒相加入量的增加而降低。
采用层状的石墨、WS2、MoS2等作为增强相可以提高强度同时使复合材料具有自润滑的特性，文献1(Wear，22(1972)143-162)研究了Cu/WS2和Cu/MoS2复合材料在大气和真空下的各项性能和成分的关系，包括摩擦系数、磨损率、电阻率和硬度等；文献2(摩擦学学报，Vol 17，No1(1997)90-96)综述了国际上有关金属基自润滑材料的最新进展。其中，文献2指出石墨的最高使用温度为600℃，文献1和2指出WS2在空气中的最高使用温度为430℃，在真空中可达到600℃，由此可见，其耐高温性能较差；另外，采用普通碳化物如TiC等作为增强相可以在提高强度的同时使导电性降低的不多，但其自润滑性能较差。上述颗粒增强的铜基复合材料的不足之处是性能比较单一，因此，制备具有综合性能的铜基复合材料将具有更广泛的应用范围，而选择合适的颗粒增强剂至关重要，目前以锡碳化钛(Ti2SnC)为增强相的复合材料，还没有此类报道。
中国专利CN1310243A中公开了一种高强度高导电性的铜合金及其制造方法，该铜合金由钛碳化硅弥散强化相和铜组成，钛碳化硅弥散强化相的体积分数在0.005～0.05。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时具有高强度、高导电率、耐高温和自润滑等综合性能的锡碳化钛颗粒增强铜基复合材料及其制备方法。
本发明的技术方案是：
一种锡碳化钛颗粒增强铜基复合材料(Cu/Ti2SnC)，由金属铜基体和锡碳化钛颗粒增强相复合而成，其中，锡碳化钛增强相的体积百分数是5～50％。
其制备方法：首先，按上述配比将Ti2SnC颗粒和Cu粉末采用物理机械方法均匀混合5～10小时，其中锡碳化钛颗粒粒径为2～10微米，铜粉末粒径为10～50微米；然后，在惰性气体保护下热压烧结，温度750～900℃、压力20～50MPa，烧结时间0.5～2小时，制备成接近理论密度(为理论密度的99％以上)的Ti2SnC颗粒增强Cu基复合材料。
所述惰性气体保护亦可采用真空保护；所述热压烧结亦可采用热等静压烧结，所述物理机械方法为球磨。
本发明的有益效果如下：
1.本发明Cu/Ti2SnC复合材料同时具有高强度、高导电率、自润滑和耐高温的综合性能，应用范围广。由于锡碳化钛(Ti2SnC)具有耐高温、高强度、高模量、高导电率(14×106Ω-1m-1)、低硬度(3.7GPa)和自润滑的特点，因此适合于金属基复合材料的增强；以Ti2SnC为增强相的复合材料将具有高强度、导电、导热、自润滑等优异的综合性能。
2.本发明方法可以制备出致密的Cu/Ti2SnC复合材料，其密度值接近理论密度值，为理论密度的99％以上。
具体实施方式
下面通过实施例详述本发明。
实施例1
按Cu-5 vol％(体积百分数)Ti2SnC制备复合材料：将Ti2SnC颗粒和Cu粉末按上述配比球磨10小时，使其均匀混合，然后装入石墨模具，在氩气保护下热压烧结，温度850℃、压力30MPa，烧结时间30分钟，得Cu-5vol％Ti2SnC复合材料；经测试，所得复合材料的拉伸屈服强度为220MPa，拉伸断裂强度为360MPa，延伸率为25％，摩擦系数为0.4，电阻率为11nΩ·M。
实施例2
按Cu-20vol％(体积百分数)Ti2SnC制备复合材料：将Ti2SnC颗粒和Cu粉末按上述配比球磨10小时，使其均匀混合，然后装入石墨模具，在氩气保护下热等静压烧结，温度820℃、压力50MPa，烧结时间40分钟，得Cu-20vol％Ti2SnC复合材料；经测试，所得复合材料的拉伸屈服强度为310MPa，拉伸断裂强度为439MPa，延伸率为12％，摩擦系数为0.2，电阻率为44nΩ·M。
实施例3
按Cu-50 vol％(体积百分数)Ti2SnC制备复合材料：将Ti2SnC颗粒和Cu粉末按上述配比球磨10小时，使其均匀混合，然后装入石墨模具，在真空下热等静压烧结，温度900℃、压力20MPa，烧结时间90分钟，得Cu-50vol％Ti2SnC复合材料；经测试，所得的复合材料拉伸屈服强度为280MPa，拉伸断裂强度为400MPa，延伸率为5％，摩擦系数为0.2，电阻率为50nΩ·M。
实施例的测试结果表明：本发明所获得Ti2SnC颗粒增强Cu基复合材料具有良好的机械性能、电性能和摩擦性能。
比较例
采用与实施例1和2相同的工艺分别制备了纯铜和Cu-5vol％石墨复合材料，其中纯铜的拉伸屈服强度为70MPa，拉伸断裂强度为229MPa；Cu-5vol％石墨复合材料的拉伸屈服强度为130MPa，拉伸断裂强度为260MPa。
由比较例可见，本发明所设计的Ti2SnC颗粒增强Cu基复合材料具有优异的综合性能。
Claims (5)
1.一种锡碳化钛颗粒增强铜基复合材料，其特征在于：由锡碳化钛颗粒增强相和铜基体组成，其中锡碳化钛颗粒增强相的体积百分数为5～50％。
2.按照权利要求1所述锡碳化钛颗粒增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于：首先，将锡碳化钛颗粒和铜粉末用物理机械方法均匀混合5～10小时，其中锡碳化钛颗粒粒径为2～10微米，铜粉末粒径为10～50微米；然后，在惰性气体保护下热压烧结，温度750～900℃、压力20～50MPa，烧结时间0.5～2小时。
3.按照权利要求2所述锡碳化钛颗粒增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所述热压烧结可用热等静压烧结代替。
4.按照权利要求2或3所述锡碳化钛颗粒增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所述惰性气体保护可用真空保护代替。
5.按照权利要求4所述锡碳化钛颗粒增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所述物理机械方法为球磨。
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