[发明专利]弥散铜复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种弥散铜复合材料，同时还涉及弥散铜复合材料的制备方法，属于弥散铜加工技术领域。

背景技术

作为弥散相的Al₂O₃颗粒对Cu-Al₂O₃复合材料强度的贡献主要表现在以下几个方面(1)Al₂O₃颗粒钉扎位错，在一定条件下作为位错源，增加位错密度；(2)Al₂O₃颗粒的存在阻碍位错、亚晶界运动，从而阻碍再结晶晶核的形成和晶粒长大；(3)Al₂O₃颗粒的存在能够抑制静态和动态再结晶的进行。因此，Cu-Al₂O₃复合材料具有高导热率、高导电率和优良的高温强度、高温抗蠕变性能、耐磨性能好等优点，在机电、电子、宇航和原子能等领域有着巨大的应用潜力，已引起人们广泛的研究兴趣。

氧化铝弥散铜的制备，关键在于如何获得超细的氧化铝颗粒并使其均匀地弥散分布在铜基体上，在保证较高电导率的同时提高其高温力学性能。常用的制备方法主要有：传统粉末冶金法和改进的粉末冶金法，包括机械合金化法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、原位还原法等。近年来涌现出许多弥散强化铜制备新技术，如反应喷射沉积、真空混合铸造法、XD法和内氧化法等，其主要目的在于保持传统弥散强化铜制品性能的基础上降低弥散强化铜的生产成本，以促进弥散强化铜的推广应用。其中Cu-Al合金粉末内氧化法是目前商业化制备性能优良的Cu-Al₂O₃复合材料的最佳途径。如美国SCM公司用内氧化法制备的Cu-0.7Al₂O₃复合材料，抗拉强度达到585Ma，延伸率为11％，电导率85％IACS，且具有优异的抗软化温度。国内也有很多单位研究用内氧化法制备Cu-Al₂O₃复合材料，其中天津大学制备的Cu-0.62Al₂O₃复合材料，抗拉强度达到608Ma，电导率80％IACS。

传统的内氧化法制备Cu-Al₂O₃合金的工艺为：首先根据Al含量要求进行配料并在感应炉内熔炼Cu-Al合金，然后采用水雾化法或N₂雾化Cu-Al合金熔体成Cu-Al合金粉末。将干燥后的Cu-Al合金粉末与Cu₂O粉末混合均匀，然后将混合粉末放入真空炉内加热到800～1000℃，保温一定时间进行内氧化。控制氧分压使Cu-Al合金中的Al被氧化，而Cu不被氧化。内氧化结束就得到Cu-Al₂O₃粉末和Cu粉及残余的Cu₂O的混合粉末。再通入H₂去除残余氧，就得到Cu-Al₂O₃粉末和Cu粉。再进行包套、抽真空、等静压制坯，然后热挤压，得到挤压毛坯，再冷拔得到所需的型材。

然而，传统的内氧化法制备Cu-Al₂O₃复合材料还存在许多问题：(1)工序多，周期长，生产成本高，不能制造大尺寸及形状复杂的零件；(2)影响因素太多，生产过程不易控制，材料质量不稳定；(3)难以实现自动化、规模化、连续生产，所以很难进行推广应用。以汽车焊装生产线用点焊电极为例，目前点焊电极常用的Cr-Zr-Cu棒材成本约为6万元/吨，采用传统内氧化工艺制备的Cu-Al₂O₃复合材料的成本约为15万元/吨，尽管Cu-Al₂O₃复合材料电极的使用寿命为传统Cr-Zr-Cu电极的3倍以上，然而成本也高达2.5倍，再加上使用厂家的习惯，很难进行推广应用。这也是目前Cu-Al₂O₃复合材料推广应用中面临的主要问题。因此，设计新的弥散铜触头材料，发展新的制备技术以简化工艺、降低成本、提高效率、扩大生产规模，成为一项十分重要的任务。