[发明专利]一种TiCx-Al2O3/Cu基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种TiC_x‑Al₂O₃/Cu基复合材料及其制备方法和应用。一种TiC_x‑Al₂O₃/Cu基复合材料，由以下质量百分比的原料制备得到：1％～5％Ti₂AlC粉；1.5％～7.5％Cu₂O粉；0.5％聚乙烯醇；Cu粉为余量；以上原料配比之和为100％。一种TiC_x‑Al₂O₃/Cu基复合材料的制备方法，具体按照以下步骤进行：步骤S1、配料；步骤S2、混料；步骤S3、压制成型；步骤S4、烧结，得到TiC_x‑Al₂O₃/Cu基复合材料。本发明的TiC_x‑Al₂O₃/Cu基复合材料具有一定的强度硬度、塑性以及良好的导电性能和成型性能；还具有一定的抗腐蚀、耐高温、抗氧化性能。

技术领域

本发明属于铜基复合材料技术领域，特别是涉及一种TiC_x-Al₂O₃/Cu基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

铜及其合金由于具有优良的导电导热、耐腐蚀及机械加工性能，已被广泛应用于航空航天、电子信息、轨道交通等关键领域，颗粒增强铜基复合材料作为铜及其合金的重要组成部分，受到了众多科研工作者的普遍关注，其中尤以TiC/Cu基复合材料的研究较为广泛。但是，作为该类复合材料明确应用背景的许多领域，诸如电磁炮导轨材料、大功率雷达部件、ITER垂直靶材散热片、电气化铁路架空导线以及汽车自动化焊接电极等，对其力电性能提出了非常严峻的考验。

然而，现行的TiC/Cu基复合材料难以同时满足这些特殊性能上的要求，具体体现在：TiC和Cu的相互溶解度很小，TiC/Cu之间的浸润性较差，即使在高温条件下润湿角仍然较大，导致TiC易于在晶界处析出，不利于形成牢固的界面结合，且细小TiC颗粒表面活性大，极易团聚，难以在基体中均匀分散，达不到很好的改性效果。

非化学计量比TiC_x陶瓷在保持结构相对稳定的前提下允许有大量的空位存在，不但保持了正常计量比TiC陶瓷原有的优良本征特性，而且具有良好的表面活性和浸润性(JMHowe.International Materials Reviews,1993,38:233-256.)。如果将其作为增强体加入到铜基体中，有望从根本上解决增强体分散和增强体/铜基体之间的界面结合问题，使复合材料综合性能显著提升。

TiC/Cu基复合材料的主要短板不是强度而是其相对较低的塑性和导电性。一种同时提高复合材料强度、塑性和导电性的方法是合理调控增强体颗粒的大小及其在金属基体中的分布。有研究者指出，通过控制MAX相(Ti₂AlC、Ti₂SnC等)/金属基体体系的原位反应过程，可以在基体内部原位自生弥散细小的非化学计量比TiC_x颗粒，复合材料组织界面洁净，塑性和导电性能显著提升(M Q Li.Journal of Alloys and Compounds,2015,625:186-194.)。MAX相即三元层状的M_n+1AX_n，M_n+1AX_n是一种新型的铜基复合材料的增强颗粒，其中M代表过渡族金属，A代表第三或第四主族的元素，X代表C或N元素。M_n+1AX_n陶瓷有着相似地结构，同属于六方晶体结构。因此，若以原位自生非化学计量比TiC_x陶瓷作为增强体，辅以合理调控增强体的尺寸大小及分布，深入揭示复合界面和复合组织形成机制及演化规律，有望实现力学性能、导电性能以及摩擦磨损性能等的良好匹配。同时，为了克服单一强化组元增强铜基复合材料在性能上存在的不足，采用TiC_x之外的其他颗粒作为混杂增强相，充分发挥其协同作用来提高合金的综合性能成为了该类复合材料的重要思路。