[发明专利]一种以铜合金为金属相的陶瓷基复合材料及其金属相加入方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种以铜合金为金属相的陶瓷基复合材料及其金属相加入方法。

背景技术

陶瓷材料具有高的熔点、硬度和弹性模量，其耐热性、耐蚀性和耐磨性良好，在军工、航空航天、汽车、电子、冶金等领域得到广泛的应用。尽管陶瓷材料有如此优异的特殊性能，但脆性是其致命的缺点，限制了其特性的发挥和应用。金属材料具有良好的延展性能和机械加工性能。因此，将陶瓷与金属复合在一起，可制取兼有金属材料良好延展性和导热性以及陶瓷材料良好耐热耐磨性等的高性能复合材料。而制备这类复合材料的关键之一是解决金属材料与陶瓷材料之间的润湿性问题，陶瓷基体与金属相的润湿性和界面性质，决定陶瓷-金属复合材料性能优劣。例如，采用粉末冶金方法制备NiFe₂O₄/Cu、Ti(C，N)/Cu等含铜合金金属相的陶瓷-金属复合材料时，由于金属铜与陶瓷的润湿性较差，烧结过程中易出现铜相的聚集、溢出等现象，而且复合材料的致密度、强度和韧性等性能均难以达到预期的要求。为解决铜相聚集、溢出的问题，通常在铜相中加入其它金属来提高金属相与陶瓷相的润湿性，即预先将其它金属与铜一起制成合金粉末、或直接以元素粉末形式与铜粉一起与陶瓷粉末进行混合。本发明的目的是提供一种新型的金属相加入方法即由此制备的以铜合金为金属相的陶瓷基复合材料，其预先在铜粉表面包覆一层其他金属制成复合粉末，提高陶瓷-金属复合材料的烧结性能和使用性能。

发明内容

本发明提供一种以Cu合金为金属相的陶瓷-金属复合材料及其金属相加入方法，解决现有材料体系在制备过程中铜相聚集、溢出，以及材料致密度、导电率、强度和韧性较差的问题。

本发明的目的是通过以下方式实现的。

一种以铜合金为金属相的陶瓷基复合材料由陶瓷相和含铜合金的金属相构成；所述的含铜合金的金属相是在Cu粉表面包覆一层镍、钴或镍钴合金，或者是在Cu粉表面先包覆了Ag、Pd、Au、Pt中的一种或几种，然后再包覆了一层镍、钴或镍钴合金。

所述陶瓷相包括MFe₂O₄、MAl₂O₄、MMn₂O₄中的一种或多种和MO型氧化物中的一种或多种，其中M选自于Zn、Co或Ni的金属元素。

所述的陶瓷相为所述陶瓷-金属复合材料的70-95wt％，所述金属相为所述陶瓷-金属复合材料的5-30wt％。

所述的一种以铜合金为金属相的陶瓷基复合材料的金属相加入方法：在Cu粉表面包覆一层镍、钴或镍钴合金，或者在Cu粉表面先包覆Ag、Pd、Au、Pt中的一种或几种组成的金属层，然后再包覆一层镍、钴或镍钴合金，制成金属相，金属复合粉末与陶瓷粉末混匀后，通过压制成型、脱脂、烧结即可。

所述的金属相中Cu含量为60-95wt％，镍或钴或镍钴合金含量为5-40wt％，其它金属含量为0-20wt％。

铜粉包覆Ag、Pd、Au、Pt等复合金属粉末是通过化学镀方法制备的；铜粉包覆Ni、Co或Ni-Co合金等复合金属粉末可采用化学镀、水热氢还原或羰基法制备。

本发明所述的陶瓷-金属复合材料的金属相加入方式及复合材料制备方法，具体包括以下步骤：

金属粉末的制备(即金属相的制备)：采用化学镀法，水热氢还原法或羰基法，在Cu粉表面包覆一层金属镍或钴，或者镍钴合金，制成复合粉末；或者在铜粉表面先包覆Ag、Pd、Au、Pt中的一种或多种金属层，然后再包覆一层金属镍或钴，或者镍钴合金，制成复合粉末。复合粉末中镍或钴含量为5％-40％；

陶瓷相合成：将NiO、Fe₂O₃和(/或)另外的金属氧化物按照比例配料后，以水或酒精为介质，球磨混料1-4小时，干燥后在800-1400℃温度下恒温4-8小时合成得到陶瓷相粉末；

混料：将第一步制备的复合金属粉末和第二步合成的陶瓷粉体按比例进行配料，并加入1％-3％的有机粘结剂和分散剂进行混料0.5-4小时，然后干燥至水分和分散剂完全挥发为止；

复合材料制备：采用冷压或冷等静压的方法将第三步获得的粉末压制成型，压制样品在400-600℃的N₂气氛下脱脂，脱脂时间为2-6小时，升温速率为10-100℃/小时，然后在1200℃-1450℃温度、氮气气氛下进行烧结，升温速率50-150℃/h，保温2-10小时，烧结气氛中O₂含量为10-2000ppm。