專利名稱：二硼化鈦彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的自蔓延高溫合成制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種自蔓延高溫合成制備二硼
化鈦彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的方法，可用于電力產(chǎn)業(yè)、國防工業(yè)、集成電路、焊接設(shè)備等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的高強(qiáng)高導(dǎo)銅基復(fù)合材料的生產(chǎn)制備。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金是一類有優(yōu)良綜合物理性能和力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)功能材料，在眾多
工業(yè)領(lǐng)域中有著不可替代的作用，廣泛應(yīng)用于集成電路的引線框架口、各類點焊和滾焊機(jī)
的電極、大功率異步牽引電動機(jī)轉(zhuǎn)子、電氣化鐵路接觸導(dǎo)線、熱核實驗反應(yīng)堆(ITER)偏濾
器垂直靶散熱片等電力、電工、機(jī)械制造領(lǐng)域。但是，銅合金中的強(qiáng)度和導(dǎo)電性一直是一對
相矛盾的特性，此消彼漲，一般只能在犧牲電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率的前提下改善銅的力學(xué)性能，以
獲得高的強(qiáng)度。如何解決這一矛盾，一直是高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金研究的關(guān)鍵課題。
目前獲得高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的途徑主要有兩種一是合金化途徑，即向銅中引入合
金元素以形成銅合金來進(jìn)行強(qiáng)化；二是復(fù)合化途徑，即向銅基體中引入第二強(qiáng)化相以形成
復(fù)合材料來進(jìn)行強(qiáng)化。 合金化法是在銅中添加合金元素，溶質(zhì)原子溶入晶格后會引起晶格點陣畸變，造成應(yīng)力場，從而使強(qiáng)度提高。傳統(tǒng)的合金化法主要通過固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化等手段來強(qiáng)化銅基體。根據(jù)合金固溶強(qiáng)化原理，銅合金中常用的固溶合金元素有Sn、Cd、Ag等。根據(jù)析出強(qiáng)化原理，目前已開發(fā)的該類銅合金有Cu-Cr、Cu-Zr、Cu-Ti、Cu-Fe等。合金化法的優(yōu)點在于技術(shù)較成熟、工藝簡單、成本較低，適宜規(guī)?；a(chǎn)。其缺點是晶體中畸變的點陣對運(yùn)動電子的散射作用相應(yīng)加劇，降低了導(dǎo)電性。 一般只能在犧牲電導(dǎo)率的前提下改善銅的力學(xué)性能。合金化法制備的銅合金強(qiáng)度在350 650MPa之間，電導(dǎo)率一般不超過90% IACS，難以滿足新一代電器件對性能的要求。 根據(jù)導(dǎo)電理論，第二相在銅基體中的引起的電子的散射作用比固溶原子在銅基體中引起的散射作用弱得多，故復(fù)合強(qiáng)化不會引起銅基體導(dǎo)電性的明顯降低，且增強(qiáng)相還能改善基體的機(jī)械性能，成為獲得高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金的主要手段。研究資料表明，利用材料復(fù)合化制備的Cu-Ta、 Cu-Nd等復(fù)合材料強(qiáng)度大于1400MPa，導(dǎo)電率達(dá)90% IACS以上，并已得到工程應(yīng)用。復(fù)合化途徑根據(jù)強(qiáng)化相引入方式的不同可以分為人工復(fù)合法和原位復(fù)合法。 人工復(fù)合法通過人為地向銅中加入第二相的晶須或纖維對銅基體進(jìn)行強(qiáng)化，或依靠強(qiáng)化相本身來增大材料強(qiáng)度的方法，例如氧化強(qiáng)化法、機(jī)械合金化法以及碳纖維復(fù)合法等。人工復(fù)合法的特點是部分方法比較成熟，其產(chǎn)品已獲得工程應(yīng)用，但工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。原位復(fù)合法是向銅中加入一定量合金元素，通過一定工藝，使銅內(nèi)部原位生成增強(qiáng)相，而不是加工前就存在增強(qiáng)體與基體銅兩種材料，包括塑性變形復(fù)合法、原位反應(yīng)復(fù)合法和原位生長復(fù)合法。對比人工復(fù)合法，原位復(fù)合法所獲得的產(chǎn)品中基體和第二相界面相容
3性更好，制備工藝步驟減少，生產(chǎn)成本降低。 二硼化鈦(TiB2)具有高熔點、低密度、優(yōu)良的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性等諸多優(yōu)點，在導(dǎo)電陶瓷材料、復(fù)合陶瓷材料等領(lǐng)域被廣泛使用。在Al、Fe、Cu等金屬材料中添加TiB^可以充分發(fā)揮金屬基體和TiB2增強(qiáng)相各自的優(yōu)勢，獲得高性能的金屬基復(fù)合材料。傳統(tǒng)的TiB2彌散強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料制備需要先得到TiB2超細(xì)粉體，然后通過一定的方法把TiB2分散到Cu基體中。但TiB2超細(xì)粉體的制備工藝較為復(fù)雜，導(dǎo)致TiB2彌散強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的制備工序較多，生產(chǎn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種自蔓延高溫合成制備二硼化鈦彌
散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的方法，縮短工藝路線，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
本發(fā)明自蔓延高溫合成制備二硼化鈦彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的技術(shù)方案是以粒
度均小于100目，純度均大于99 %的Cu粉、Ti粉和B粉為原料，先將一定量的Cu粉、Ti粉和
B粉(Cu粉與Ti+B粉的質(zhì)量比為50 : 50 70 : 30，其中Ti粉與B粉的摩爾比為1 : 2)
混合均勻，把球料比為io : i ioo : i的鋼球和混合粉末在充滿氬氣的手套箱中放入球
磨罐中，使球料混合物占球磨罐內(nèi)腔體積的10 50% ;在室溫下以1000 2000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行高能球磨3 10小時；然后將球磨后的混合粉末冷壓成型；最后在真空室內(nèi)采用電弧引燃壓坯，通過壓坯的自蔓延高溫合成制備TiB2彌散強(qiáng)化的銅基復(fù)合材料，TiB2顆粒的平均粒徑2 8 ii m。 本發(fā)明通過對高能球磨和自蔓延高溫合成參數(shù)的控制，利用純Cu粉、Ti粉和B粉原位反應(yīng)合成制備TiB2彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料，采用簡單的自蔓延高溫合成方法，使純Cu粉、Ti粉和B粉原位反應(yīng)合成制備TiB2彌散強(qiáng)化的銅基復(fù)合材料，具有工藝簡單，縮短工藝路線，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以實現(xiàn)TiB2彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的大規(guī)模廣泛應(yīng)用。
具體實施例方式
下面以實例進(jìn)一步說明本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容并不限于此。

具體實施例方式
實施例1 :以粒度均為150目，純度均為99. 9%的Cu粉、Ti粉和B粉為原料，先將一定量的Cu粉、Ti粉和B粉(Cu粉與Ti+B粉的質(zhì)量比為50 : 50，其中Ti粉與B粉的摩爾比為l : 2)混合均勻，把球料比為20 : l的鋼球和混合粉末在充滿氬氣的手套箱中放入球磨罐中，使球料混合物占球磨罐內(nèi)腔體積的15% ;在室溫下以1000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行高能球磨3小時；然后將球磨后的混合粉末冷壓成①30mmX30mm的圓柱坯；最后在真空室內(nèi)采用電弧引燃壓坯，通過壓坯的自蔓延高溫合成制備TiB2彌散強(qiáng)化的銅基復(fù)合材料，TiB2顆粒的平均粒徑7. 5 ii m左右。 實施例2 :以粒度均為200目，純度均為99. 9%的Cu粉、Ti粉和B粉為原料，先將一定量的Cu粉、Ti粉和B粉(Cu粉與Ti+B粉的質(zhì)量比為60 : 40，其中Ti粉與B粉的摩爾比為l : 2)混合均勻，把球料比為40 : l的鋼球和混合粉末在充滿氬氣的手套箱中放入球磨罐中，使球料混合物占球磨罐內(nèi)腔體積的25% ;在室溫下以1500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行高能球磨6小時；然后將球磨后的混合粉末冷壓成①30mmX30mm的圓柱坯；最后在真空室內(nèi) 采用電弧引燃壓坯，通過壓坯的自蔓延高溫合成制備TiB2彌散強(qiáng)化的銅基復(fù)合材料，TiB2 顆粒的平均粒徑4. 5 ii m左右。 實施例3 :以粒度均為300目，純度均為99. 9%的Cu粉、Ti粉和B粉為原料，先將 一定量的Cu粉、Ti粉和B粉(Cu粉與Ti+B粉的質(zhì)量比為70 : 30，其中Ti粉與B粉的摩 爾比為l : 2)混合均勻，把球料比為80 : l的鋼球和混合粉末在充滿氬氣的手套箱中放入 球磨罐中，使球料混合物占球磨罐內(nèi)腔體積的35% ;在室溫下以2000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行高 能球磨9小時；然后將球磨后的混合粉末冷壓成①30mmX30mm的圓柱坯；最后在真空室內(nèi) 采用電弧引燃壓坯，通過壓坯的自蔓延高溫合成制備TiB2彌散強(qiáng)化的銅基復(fù)合材料，TiB2 顆粒的平均粒徑2. 5 ii m左右。
權(quán)利要求
一種自蔓延高溫合成制備二硼化鈦彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的方法，其特征在于以粒度均小于100目，純度均大于99％的Cu粉、Ti粉和B粉為原料，將Cu粉、Ti粉和B粉，其中Cu粉與Ti+B粉的質(zhì)量比為50∶50～70∶30，Ti粉與B粉的摩爾比為1∶2，混合后在室溫下高能球磨3～10小時；然后將混合粉末冷壓成型；最后在真空室內(nèi)采用電弧引燃壓坯，通過壓坯的自蔓延高溫合成制得TiB2彌散強(qiáng)化的銅基復(fù)合材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自蔓延高溫合成制備二硼化鈦彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料 的方法，其特征在于所述的高能球磨時，把球料比為20 80 : l的鋼球和混合粉末在充 滿氬氣的手套箱中放入球磨罐中，使球料混合物占球磨罐內(nèi)腔體積的15 35% ;在室溫下 以1000 2000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行高能球磨。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自蔓延高溫合成制備二硼化鈦彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料 的方法，其特征在于所述的TiB2顆粒的平均粒徑2. 5 7. 5 i！ m。
全文摘要
本發(fā)明提供一種自蔓延高溫合成制備二硼化鈦彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的方法以粒度均小于100目，純度均大于99％的Cu粉、Ti粉和B粉為原料，將一定量的Cu粉、Ti粉和B粉(Cu粉與Ti+B粉的質(zhì)量比為50∶50～70∶30，其中Ti粉與B粉的摩爾比為1∶2)混合后在室溫下高能球磨3～10小時；然后將混合粉末冷壓成型；最后在真空室內(nèi)采用電弧引燃壓坯，通過壓坯的自蔓延高溫合成制備TiB2彌散強(qiáng)化的銅基復(fù)合材料，TiB2顆粒的平均粒徑2～8μm。本發(fā)明采用簡單的自蔓延高溫合成方法合成制備TiB2彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料，具有工藝簡單、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量高等優(yōu)點。
文檔編號C22C9/00GK101701301SQ20091009517
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者朱心昆, 李才巨, 趙昆渝, 陳鐵力, 陶靜梅 申請人:昆明理工大學(xué)