[发明专利]含纳米碳化锆陶瓷颗粒铜基电极材料的一步合成方法

说明书

本发明属于焊接电极用铜基复合材料的制备领域，公开了一种含纳米碳化锆陶瓷颗粒铜基电极材料的一步合成方法：将均匀混合的Cu粉、Zr粉及C粉冷压成预制块，然后把Cu‑Zr‑C粉末压坯与无氧铜放入真空感应熔炼炉中，先低温加热促发压坯的热爆合成反应，再升温使无氧铜熔化并包裹反应产物，经保温、磁搅拌制备出含纳米碳化锆陶瓷铜基复合材料。本发明一步制备出含纳米碳化锆陶瓷颗粒的铜基电极材料，不但降低了生产成本，还简化了工序、提高了生产效率，同时ZrC颗粒细小，在铜中分布均匀。

技术领域

本发明属于焊接电极用铜基复合材料的制备领域，主要用于焊机电极头、电极帽等，具体涉及一种含纳米碳化锆陶瓷颗粒铜基电极材料的一步合成方法。

背景技术

点焊广泛用于汽车、仪表和航空制造等行业，因服役时常承受高温和高压作用，铜合金电极易失效而降低生产效率和影响焊点质量。随着现代生产中自动焊接和焊接机器人的广泛使用，迫切需要开发兼具优良导电性和机械性能的电极材料。解决铜合金性能不足的有效途径之一是制备纳米陶瓷颗粒增强Cu基复合材料。现有研究表明，纳米Al₂O₃颗粒增强Cu基复合材料具有良好的机械性能，但Al₂O₃陶瓷几乎是绝缘的(电阻系数：1020×10^-6Ω·m)，将它引入铜基中会显著降低电极的导电性。相较之下，ZrC具有高硬度(2560HV)、高熔点(3540℃)、良好的化学稳定性(抗氧化温度：1100～1400℃)和热传导性等优点，尤其导电性突出(电阻系数：0.42×10^-6Ω·m)。因此，铜基体中纳米ZrC陶瓷的添加，有望在保持铜优良导电性的同时，提高其机械性能。

目前，ZrC陶瓷增强铜基复合材料的主要制备方法包括：(1)热压烧结法，即高温高压条件下长时间烧结Cu粉和ZrC粉的混合物(M.López,J.A.Jiménez,D.Corredor.Precipitation strengthened high strength-conductivity copperalloys containing ZrC ceramics.Composites Part A:Applied Science andManufacturing.2007,38:272-279)。(2)气氛烧结法，即在保护气氛中烧结冷压成型后的ZrC、Cu等混合粉末压坯，然后再经挤压、轧制等工序制备复合材料(中国发明专利申请201610437097.1，低压电器用碳化锆铜基触头材料及其加工方法)。(3)自蔓延高温合成法，即通过外部热源，引燃混合粉末压制块一端的放热反应，并利用高化学反应热的自加热与自传导作用合成ZrC/Cu的方法(Zhang M.X,Huang B,Hu Q.D et al.Study of formationbehavior of ZrC in the Cu-Zr-C system during combustionsynthesis.International Journal of Refractory Metals and Hard Materials.2012,31:230-235)。上述方法或存在能耗大、生产成本高且效率低，或存在材料导电性差，或存在材料孔隙率太高等问题。因此，需寻求更适宜于ZrC/Cu复合材料制备方法。

本发明提出一种含纳米碳化锆陶瓷颗粒铜基电极材料的一步合成方法，该方法操作简单、便于控制、产物导电性好、孔隙率低。

发明内容

鉴于现有技术中存在上述技术问题，本发明提供一种含纳米碳化锆陶瓷颗粒铜基电极材料的一步合成方法，可在保持铜优良导电性的前提下提高其机械性能，同时能有效解决纳米碳化锆粉末价格昂贵的问题，该方法还具有工序简易、操作简单、生产效率高、ZrC颗粒细小、分布均匀、产物导电性好、孔隙率低等优点。

本发明提供一种含纳米碳化锆陶瓷颗粒铜基电极材料的一步合成方法，包含以下步骤：

步骤一、原材料Cu粉、Zr粉和C粉，其中，Zr粉与C粉摩尔比值为1，Cu粉的添加量为10～60wt.％；