[发明专利]一种高强度、高导电、抗高温软化性能的Cu-Nb合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Cu-Nb合金制备方法，特别是一种可应用于电真空、电阻焊电 极、高压开关、电子电工、核技术等领域的具有高强度、高导电、抗高温软 化性能的纳米弥散强化Cu-Nb合金的制备方法。

背景技术

近年来，微波技术、微电子、电子、航天、航空、核技术等领域的发展对 导电材料的各项技术指标和环境适应能力提出了更高的要求，如制造超大规模 集成电路引线框架和微波管栅网等通常需要σ_b≥600MPa，相对电导率 ≥80％IACS，而且抗高温软化温度必须达800K以上的导电材料。纯铜和Cu-Zr、 Cu-B、Cu-Ag等铜合金导电率虽高(98％IACS以上)，但强度过低。沉淀强化 型铜合金，如Cu-Fe-P、Cu-Ni-Si、Cu-Cr-Zr等，虽具有高强度(σ_b可达500MPa 以上)，但导电率偏低(75％IACS以下)，且抗高温退火软化性能不高，当温度 高于500℃后即迅速出现退火软化，特别是温度大于600℃时，这类合金因退火 软化和沉淀粒子的回溶，强度和导电率均急剧下降而丧失高强高导的特性。目 前在上述领域应用较多的是纳米弥散强化Cu-Al₂O₃合金。可是Cu-Al₂O₃合金虽 具有极高的抗高温退火软化能力，但其强化粒子Al₂O₃不导电，容易引起用其制 作的微器件局部区域导电性中断，从而影响了其在微电子领域和电真空领域的 应用。纳米弥散强化Cu-Nb合金因其具有高强度和高导电的性能日益受到人们 的关注，现有的关于Cu-Nb合金的研究集中在高浓度合金体系，主要应用于超 高脉冲磁场领域，合金虽具有极高的强度，但导电率仍然偏低而难以满足电真 空、电阻焊电极、高压开关、电子电工、核技术等领域的要求。如何制备具有 高强度、高导电、抗高温软化性能的纳米弥散强化Cu-Nb合金正在成为研究热 点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度、高导电、抗高温软化性能的Cu-Nb合 金的制备方法。

该制备方法包括以下步骤：

(1)将纯度≥99.98％，平均粒度为10～15μm的Cu粉与纯度≥99.95％，平 均粒度≤5μm的Nb粉按重量比(70.4～99)∶1放入玛瑙罐中，再装入三种不同 半径的玛瑙球，大球半径10～12mm，中球半径5～6mm，小球3.6～4mm，三者重 量百分比为1∶(3～4)∶(3.5～5)进行球磨，球料比(10～14)∶1，转速200～240rpm， 球磨时间30～40h，制得Cu-Nb纳米晶固溶体粉末；

(2)将Cu-Nb纳米晶固溶体粉末进行氢气保护退火，退火温度500～550℃， 保温1.0～1.5h；将退火后的Cu-Nb纳米晶固溶体粉末与粒度为0.1～100μm的硼 粉均匀混合，所加硼粉的浓度为5～80ppm，将混合料抽真空至10^-2～10^-3Pa，再 充入(1～1.5)×10⁵Pa的纯度＞99.998％的氩气，升温至700～750℃，保温1～1.5h 后再次抽真空至10^-2～10^-3Pa进行真空热压烧结，热压压强25～28MPa，热压时间 2.5～3h，制得Cu-Nb合金坯锭；

(3)对Cu-Nb合金坯锭用铜包覆，制成包套后封口，再将包好铜套的锭坯 加热至800～850℃，热挤压成棒材或板坯材，热挤压时模温380～420℃，挤压比 (25～30)∶1。

作为改进，所述步骤(2)中的硼粉为非晶硼粉。

作为更进一步改进，所述步骤(3)中的铜为无氧铜。