[发明专利]一种SiCp/Cu-铜箔叠层复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种SiC_p/Cu‑铜箔叠层复合材料及其制备方法，属于叠层复合材料制备领域。所述复合材料由增强层和基体层交替分布组成；且增强层的单层厚度为5～35μm，基体层的单层厚度为10～50μm；所述增强层由下述原料制备而成：铜包覆SiC颗粒的体积分数为15％～35％，余量为Cu粉；所述基体层为纯铜或铜合金。其制备方法为：先配置增强浆料；然后涂覆于基体箔层上，烘干、叠层，然后经热压烧结，得到所述SiC_p/Cu‑铜箔叠层复合材料。本发明产品制备工艺简单、生产成本低，涂层致密均匀，与铜箔基体结合强度高、热膨胀系数匹配，可有效提高SiC_p增强铜基复合材料的断裂韧性。

技术领域

本发明属于高韧铜基复合材料制备技术领域，具体涉及一种 SiC_p/Cu-铜箔叠层复合材料及其制备方法。

背景技术

SiC颗粒增强铜基复合材料由于具有高强度、良好的耐磨、耐高温和耐腐蚀等优异特性而广泛应用于电子工业、航天航空和军工等领域。然而SiC颗粒增强铜基复合材料的加工性能和韧性相对较差，在一定程度上制约了该材料的发展。在传统的SiC颗粒增强铜基复合材料中，硬质相SiC_p弥散分布于基体材料中，由于SiC与铜的界面结合强度较低，金属基体往往不能展现出其应有的塑性变形能力就在界面处发生了开裂，裂纹沿着颗粒边缘快速扩张，导致材料断裂失效。大量研究表明制约金属基复合材料力学性能的主要因素不是强度而是其相对较低的韧性。通过引入具有延展性的金属中间层能使裂纹在层界面处发生钝化或偏折，从而阻碍裂纹的扩展，当材料受到弯曲或冲击时金属中间层能有效减弱外力作用，从而克服脆性材料的突发性断裂，使材料的韧性得到明显改善。如果能将传统的SiC颗粒增强铜基复合材料与延性金属材料组合成叠层复合结构材料使用，则能达到强韧、软硬等性能的最佳组合，同时还可以根据叠层状复合材料的特性对材料进行设计以获得所需的性能。

目前国内外以SiC晶须、SiC颗粒等作为增强体的SiC/Cu均质复合材料的研究已经比较成熟，其抗拉强度一般小于600MPa，断裂韧性在5～8MPa·m^1/2。例如，陈国钦采用挤压铸造方法制备了增强体粒径分别为10μm、20μm和63μm的SiC/Cu复合材料，其断裂韧性为3.07～5.21MPa·m^1/2。针对Cu基叠层材料的制备工艺、显微结构特征和性能研究相对较少，以SiC作为增强体的铜基叠层复合材料更不多见。在现有的颗粒增强铜基复合材料中，SiC_p为主要应用的增强材料，但SiC颗粒增强铜基复合材料目前主要存在以下问题：(1)SiC_p与基体铜之间浸润性较差，热膨胀系数不匹配，在韧脆转变温度下，由于SiC_p塑性较差，热应力超出SiC_p断裂强度时就会产生裂纹。通常采取在SiC_p表面镀铜的方法以提高增强材料与基体的浸润性，改善热膨胀系数不匹配的问题。(2)高温烧结过程中，SiC中的Si有二次扩散现象，游离的Si元素熔解扩散到Cu相之中，生成脆性产物 Cu₃Si，从而降低了界面结合力以及材料的力学性能。(3)SiC_p的塑性变形能差，裂纹易沿SiC_p界面呈失稳扩展导致材料迅速失效。由于这些问题的存在，极大制约了SiC颗粒增强铜基复合材料的发展。

通过上述分析可以发现，当前的技术研究主要集中在SiC_p增强颗粒均匀分布的铜基复合材料，而SiC_p增强铜基叠层复合材料还鲜有报道，本发明主要实现SiC_p增强铜基复合材料增韧的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种制备工艺简单、成本较低、加工性能优异、高强高韧的SiC_p/Cu-铜箔叠层复合材料及其制备工艺，解决SiC_p增强铜基复合材料韧性较差的问题。