[发明专利]一种高强高导氧化铝弥散强化铜基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强高导氧化铝弥散强化铜基复合材料的制备方法,属于金属基复合 材料技术领域。

背景技术

弥散强化铜基复合材料因具有高的强度和高的传导性，在电子，电力，航空，制造等领 域得到了广泛的应用。特别是因其具有抗高温软化性能，在接近于850-950℃温度下，强度 和硬度仍能保持室温状态的85%以上。良好的抗高温软化性能，使得弥散强化铜基复合材料 正逐渐替代Cu-Zr、Cu-Cr-Zr、Cu-Be等传统铜合金应用于点焊电极、电阻焊电极、导电弹性 材料和集成电路引线框架、微波管结构和连续铸钢结晶器等抗高温软化性能要求高的场 合。

弥散强化铜基复合材料的强化相主要有：Al₂O₃，TiB₂，WC，金刚石，石墨，纳米碳管 等。其中Al₂O₃颗粒弥散强化铜基复合材料的研究和应用最为广泛，其制备方法主要有：熔 铸，熔渗，粉末冶金，机械合金化，内氧化，反应合成原位复合等方法。其中内氧化法是应用 最为成熟的方法，美国SCM公司在1973年采用内氧化法成功商业化制备了Al₂O₃/Cu复合材 料，但对技术进行严格的保密。内氧化法制备Al₂O₃/Cu复合材料的工艺流程主要为：将铜铝 固熔合金熔炼后雾化制粉，混入氧化剂Cu₂O粉，混合的粉加热至高温使Cu₂O分解将Al氧化成 Al₂O₃，在氢气或分解氨气氛中还原多余的氧，将粉末压制成坯或锭后将其热挤压成所需形 状，拉拔成型。然而，内氧化法存在工艺周期较长，生产成本较高，涉及工序多，氧化时间难 以控制等问题。

我国对弥散强化铜基复合材料的研究始于20世纪80年代，研究起步较晚，主要问 题是性能偏低，成本高，且多数仍停留在实验室阶段，难以实现规模化生产，导致我国的高 端制造业在需要应用弥散强化铜基复合材料的场合仍以进口为主，严重制约和限制了我国 的高端制造业发展。因此，开发一种工艺流程短，生产成本低，适宜工业化生产的制备Al₂O₃/ Cu复合材料的方法是非常重要的。

发明内容

为了解决内氧化法存在的工艺周期长，生产成本高，涉及工序多，氧化时间难以控 制等不足，本发明提出一种高强高导氧化铝弥散强化铜基复合材料的制备方法。

本发明的技术方案是，在不添加外氧化剂Cu₂0的条件下，进行外氧化生成氧化剂 制备铜铝粉；所述方法包括下列步骤：

（1）铜铝合金的熔炼：以含Al的质量分数为0.01%-1.2%，余料为铜的比例配置熔炼原 料，通过真空中频感应熔炼的方法，将合金原料熔炼成铜铝固溶合金；

（2）铜铝粉末的制备：将铜铝固溶合金通过氮气雾化或水雾化制备成铜铝粉末，粉末尺 寸为100目-400目；

（3）外氧化制备铜铝粉：在不添加外氧化剂Cu₂O的条件下，将雾化后的铜铝合金粉末通 过烘箱加热至200℃-400℃，保温30-200min，外氧化制备氧化剂Cu₂O。观察到铜铝粉的颜色 出现砖红色为宜（Cu₂O颜色）；

（4）真空内氧化烧结：将外氧化后的铜铝粉末包套压制后在真空条件下进行内氧化烧 结，温度800℃-1000℃，保温时间0.5-8h；

（5）热挤压成型：将烧结后的包套坯在800℃-1000℃条件下热挤压成圆形棒料、方形料 或板料等，挤压力400-2000t；

（6）拉拔或旋锻加工成型：将挤压后的坯料进行拉拔或旋锻加工成型，按规格制备成所 需成品。

本发明制备的氧化铝弥散强化铜基复合材料组织的扫描电镜图如图2所示，本发 明制备的氧化铝弥散强化铜基复合材料断口的扫描电镜图如图3所示。

与其他的制备弥散强化铜基复合材料工艺方法相比，本发明有以下优点：

1、不需添加氧化剂Cu₂0，通过外氧化生成氧化剂制备铜铝粉，省去了外加氧化剂的添 加；

2、真空条件下进行内氧化烧结，省去了多余氧的还原过程。