EP0846188A2 - Verfahren zum herstellen von dispersionsgehärtetem kupfer durch mechanisches legieren - Google Patents

Verfahren zum herstellen von dispersionsgehärtetem kupfer durch mechanisches legieren

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Publication number
EP0846188A2
EP0846188A2 EP96934391A EP96934391A EP0846188A2 EP 0846188 A2 EP0846188 A2 EP 0846188A2 EP 96934391 A EP96934391 A EP 96934391A EP 96934391 A EP96934391 A EP 96934391A EP 0846188 A2 EP0846188 A2 EP 0846188A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
copper
powder
balls
dispersion
mechanical alloying
Prior art date
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Ceased
Application number
EP96934391A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Claudia Peuker
Franz Hauner
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0846188A2 publication Critical patent/EP0846188A2/de
Ceased legal-status Critical Current

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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
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1084—Alloys containing non-metals by mechanical alloying (blending, milling)

Definitions

  • the invention relates to a method for producing dispersion-hardened copper by mechanical alloying, in which a powdery copper material and a thermodynamically stable ceramic powder are ground in a grinder with balls in an air atmosphere.
  • German Offenlegungs ⁇ DT 27 11 071 AI A method of this type is described in German Offenlegungs ⁇ DT 27 11 071 AI.
  • a powdery copper material in the form of a copper powder or a copper alloy powder in an air atmosphere e.g. ground in a vibrating ball mill or a stirred ball mill as a grinder.
  • the grinder contains a steel grinding vessel in which steel balls are moved in the powdery copper material, whereby a grinding process takes place.
  • some iron gets into the powder from the wall of the grinding vessel; however, a much higher proportion of iron gets into the powdered copper material from the balls themselves. This leads to the formation of an iron-copper mixed crystal, which has a significantly reduced conductivity compared to pure copper. Therefore, in the known method, the millbase is treated with a gas mixture prior to extrusion, the reducing power of which is set so that the copper is reduced and the iron present is oxidized to iron oxide without copper oxide being formed.
  • the invention is based on the object of proposing a method for producing dispersion-hardened copper by mechanical alloying, in which only a vanishingly small proportion of iron-copper mixed crystals is formed during the grinding of the copper material / ceramic powder mixture.
  • balls made of copper are used in the grinder according to the invention, which have been subjected to a pretreatment by grinding in a pulverulent ceramic substance.
  • a major advantage of the method according to the invention is that instead of steel balls, copper balls are used, because as a result no iron can get from the balls into the material to be ground.
  • a prerequisite for the use of copper balls is that the balls have undergone a pretreatment, which results in dispersion hardening in the region of the balls near the surface, which prevents plating during grinding with the powdered copper material.
  • thermodynamically stable ceramic powder can advantageously be used as the powdered ceramic substance, so that no further ceramic substance is required for the pretreatment.
  • both a copper powder or a copper alloy powder can advantageously be used as the powdery copper material; this is known per se.
  • a grinder 1 has a grinding vessel 2, which is pot-shaped and made of steel.
  • a drive shaft 4 for an agitator 5, which has three agitator blades in the exemplary embodiment shown, is guided through a lid 3 of the grinding vessel 2, which is upper in the figure.
  • the grinding vessel 2 is filled, for example, with a mixture 6 of copper powder as powdered copper material and from a thermodynamically stable ceramic powder, such as Y2 ⁇ 3 ' ⁇ i ⁇ 2 and Al2 ⁇ 3 / ; there are also 2 balls 7 made of copper in the grinding vessel, which are moved by the agitator 5 in the grinding vessel 2 and thereby grind the mixture 6.
  • the balls 7 are made of copper - before they are used to grind the
  • Mixture 6 of copper powder and ceramic powder are used - subjected to a pretreatment.
  • This pretreatment consists in filling the initially empty grinding vessel 2 with a powdered ceramic substance in addition to the copper balls 7 and then carrying out a grinding process.
  • the regions of the balls 7 made of copper near the surface experience dispersion hardening. This means that later when the mixture 6 made of powdered copper material and ceramic powder is ground, plating with the mixture cannot occur.
  • the powdered ceramic substance is removed from the grinding vessel and the mixture 6 is poured in; the mixture 6 with the pretreated balls then begins to be ground. These do not have to be pretreated before each grinding process.
  • the mixture 6 is ground in an air atmosphere, copper oxide being formed. This prevents cold welding and ensures a satisfactory grinding result.
  • a copper powder with a volume percentage of ceramic powder Al2O3 is used with the method according to the invention and grinding is carried out for five hours in an air atmosphere, then a dispersion-hardened product is obtained Copper with an electrical conductivity of 56 Sm / mm 2 and an iron content less than 100 ppm by mass.
  • a dispersion-hardened copper of only 37 Sm / mm 2 with an iron content of 1100 ppm by mass can be obtained.
  • a tensile strength of 300 N / mm 2 was measured in both cases.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von dispersionsgehärtetem Kupfer durch mechanisches Legieren, bei dem ein pulverförmiger Kupferwerkstoff und ein thermodynamisch stabiles Keramikpulver in einem Mahlwerk mit Kugeln in Luftatmosphäre gemahlen werden. Um mit einem solchen Verfahren verhältnismäßig kostengünstig dispersionsgehärtetes Kupfer mit vergleichsweise hoher elektrischer Leitfähigkeit zu gewinnen, werden erfindungsgemäß in dem Mahlwerk (1) Kugeln (7) aus Kupfer eingesetzt, die durch Mahlen in einer pulverförmigen Keramiksubstanz einer Vorbehandlung unterzogen worden sind.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen von dispersionsgehärtetem Kupfer durch mechanisches Legieren
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von dispersionsgehärtetem Kupfer durch mechanisches Legieren, bei dem ein pulverförmiger Kupferwerkstoff und ein thermo¬ dynamisch stabiles Keramikpulver in einem Mahlwerk mit Kugeln in Luftatmosphäre gemahlen werden.
Ein Verfahren dieser Art ist in der deutschen Offenlegungs¬ schrift DT 27 11 071 AI beschrieben. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein pulverförmiger Kupferwerkstoff in Form eines Kupferpulvers oder eines Kupferlegierungspulvers unter Luftatmosphäre z.B. in einer Schwingkugelmühle oder einer Rührkugelmühle als Mahlwerk gemahlen. Das Mahlwerk enthält u.a. ein Mahlgefäß aus Stahl, in dem Kugeln aus Stahl in dem pulverförmigen Kupferwerkstoff bewegt werden, wodurch ein Mahlprozeß abläuft. Beim Mahlen gelangt etwas Eisen von der Wand des Mahlgefäßes in das Pulver; ein viel höherer Anteil von Eisen gerät jedoch von den Kugeln selbst in den pulverförmigen Kupferwerkstoff. Dies führt zur Bildung eines Eisen-Kupfer-Mischkristalls, der in seiner Leitfähigkeit stark gegenüber Reinkupfer vermindert ist. Deshalb wird bei dem bekannten Verfahren das Mahlgut vor einem Strangpressen mit einem Gasgemisch behandelt, dessen Reduktionskraft so eingestellt ist, daß das Kupfer reduziert und das vorhandene Eisen zu Eisenoxid oxidiert wird, ohne daß dabei Kupferoxid entsteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von dispersionsgehärtetem Kupfer durch mechani¬ sches Legieren vorzuschlagen, bei dem sich nur ein verschwin- dend kleiner Anteil von Eisen-Kupfer-Mischkristallen beim Mahlen des Kupferwerkstoff-Keramikpulver-Gemisches bildet. Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Verfahren der ein¬ gangs angegebenen Art erfindungsgemäß in dem Mahlwerk Kugeln aus Kupfer eingesetzt, die durch Mahlen in einer pulverförmi¬ gen Keramiksubstanz einer Vorbehandlung unterzogen worden sind.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be¬ steht darin, daß anstelle von Kugeln aus Stahl Kugeln aus Kupfer verwendet werden, weil dadurch beim Mahlen kein Eisen von den Kugeln in das Mahlgut gelangen kann. Dabei ist Vor¬ aussetzung für die Verwendung von Kugeln aus Kupfer, daß die Kugeln eine Vorbehandlung erfahren haben, wodurch es im ober¬ flächennahen Bereich der Kugeln zu einer Dispersionshärtung kommt, durch die ein Aufplattieren beim Mahlen mit dem pul- verförmigen Kupferwerkstoff verhindert wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann als pulverförmige Keramiksubstanz vorteilhafterweise das thermodynamisch stabi¬ le Keramikpulver verwendet werden, so daß für die Vorbehand- lung keine weitere Keramiksubstanz benötigt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in vorteilhafter Weise sowohl ein Kupferpulver oder ein Kupferlegierungspulver als pulverförmiger Kupferwerkstoff verwendet werden; dies ist an sich bekannt.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausfüh¬ rungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist ein Mahlwerk 1 ein Mahlgefäß 2 auf, das topfartig ausgebildet ist und aus Stahl besteht. Durch einen in der Figur oberen Deckel 3 des Mahlgefäßes 2 ist eine Antriebswelle 4 für ein Rührwerk 5 ge- führt, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei Rührflügel aufweist. Das Mahlgefäß 2 ist beispielsweise mit einer Mischung 6 aus Kupferpulver als pulverförmigem Kupferwerkstoff und aus einem thermodynamisch stabilen Keramikpulver, wie beispielsweise Y2^3' τi^2 und Al2θ3/ gefüllt; außerdem befinden sich in dem Mahlgefäß 2 Kugeln 7 aus Kupfer, die durch das Rührwerk 5 in dem Mahlgefäß 2 bewegt werden und dabei die Mischung 6 mahlen.
Die Kugeln 7 aus Kupfer sind - bevor sie zum Mahlen der
Mischung 6 aus Kupferpulver und Keramikpulver eingesetzt wer¬ den - einer Vorbehandlung unterzogen. Diese Vorbehandlung be¬ steht darin, daß in das zunächst leere Mahlgefäß 2 außer den Kugeln 7 aus Kupfer eine pulverförmige Keramiksubstanz einge- füllt und dann ein Mahlprozeß durchgeführt wird. Dabei erfah¬ ren die oberflächennahen Bereiche der Kugeln 7 aus Kupfer eine Dispersionshärtung. Dies führt dazu, daß später beim Mahlen des Gemisches 6 aus pulverförmigem Kupferwerkstoff und Keramikpulver ein Aufplattieren mit dem Gemisch nicht auftre- ten kann.
Nach der Vorbehandlung wird die pulverförmige Keramiksubstanz aus dem Mahlgefäß entfernt und das Gemisch 6 eingefüllt; da¬ nach beginnt das Mahlen des Gemisches 6 mit den vorbehandel- ten Kugeln. Diese müssen nicht vor jedem MahlVorgang erneut vorbehandelt werden.
Das Mahlen des Gemisches 6 erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Luftatmosphäre, wobei Kupferoxid gebildet wird. Dieses verhindert ein Kaltverschweißen und sorgt für ein zufriedenstellendes Mahlergebnis.
Wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Kupferpulver mit einem Anteil von einem Volumenprozent Keramikpulver AI2O3 verwendet und ein Mahlen über fünf Stunden in Luftatmosphäre durchgeführt, dann ergibt sich ein dispersionsgehärtetes Kupfer mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 56 Sm/mm2 und einem Eisen-Gehalt kleiner als 100 Masse-ppm. Bei Verwendung von Kugeln aus Stahl nach dem bekannten Verfahren läßt sich ein dispersionsgehärtetes Kupfer von nur 37 Sm/mm2 mit einem Eisen-Gehalt von 1100 Masse-ppm gewinnen. Es wurde in beiden Fällen eine Zugfestigkeit von 300 N/mm2 gemessen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von dispersionsgehärtetem Kupfer durch mechanisches Legieren, bei dem -■ ein pulverförmiger Kupferwerkstoff und ein thermodynamisch stabiles Keramikpulver gemeinsam in einem Mahlwerk mit Kugeln in Luftatmosphäre gemahlen werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß
- in dem Mahlwerk (1) Kugeln (7) aus Kupfer eingesetzt werden, die durch Mahlen in einer pulverförmigen
Keramiksubstanz einer Vorbehandlung unterzogen worden sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß
- als pulverförmige Keramiksubstanz das thermodynamisch stabile Keramikpulver verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß
- als pulverförmiger Kupferwerkstoff ein Kupferpulver oder ein Kupferlegierungspulver verwendet wird.
EP96934391A 1995-08-22 1996-08-21 Verfahren zum herstellen von dispersionsgehärtetem kupfer durch mechanisches legieren Ceased EP0846188A2 (de)

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DE1995132629 DE19532629C1 (de) 1995-08-22 1995-08-22 Verfahren zum Herstellen von dispersionsgehärtetem Kupfer durch mechanisches Legieren
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