[发明专利]协同增强铜基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种协同增强铜基复合材料及其制备方法，该协同增强铜基复合材料采用碳量子点、碳纳米管和Ti₃C₂ Mxene作为增强相；该方法包括：制备碳量子点、碳纳米管和Ti₃C₂ Mxene的水性分散液；将分散液加入到铜盐水溶液中，再加入碱性溶液形成氢氧化铜、加入还原剂将氢氧化铜还原为氧化亚铜；过滤、清洗和干燥，得到复合粉末；将复合粉末中氧化亚铜还原为铜；对铜基复合粉末进行放电等离子体烧结。本发明利用碳量子点、碳纳米管和Ti₃C₂ Mxene的维度协同作用，得到力学性能显著提高的铜基复合材料；运用分子级共混的方法得到分散均匀、结合牢固的铜基复合粉末；采用放电等离子体烧结，使得Cu晶粒生长被有效抑制。

技术领域

本发明涉及一种铜基复合材料及其制备方法。

背景技术

铜是一种十分重要的工业材料，被广泛应用在电气行业中。除了拥有一般金属的共性优点外，铜还具有高导电率和导热率且易于加工等优点，但是铜的硬度低、强度低、耐磨性差等缺点也限制了其在工业中的广泛应用。为了解决这一问题，通常是采用第二相强化和弥散强化的方法。近年来，原位复合技术，由于其在复合过程中形成的反应界面加强了基体与增强体之间的结合，同样在铜基增强复合材料领域得到应用。

例如，中国专利文献CN102978434A公开了一种采用短纤维与颗粒协同增强的铜基复合材料。其中，短纤维的含量为0.1％～2％wt，增强体颗粒的含量为0.1％～10％wt；短纤维可以是碳纳米管、纳米碳纤维、陶瓷短纤维等，增强相颗粒可以是氧化铝、氧化锆、氧化镁、二氧化钛、碳化硅、碳化钛、碳化钨、氮化硅、氮化铝、氮化钛、二硼化钛、Ti₃SiC₂等。该铜基复合材料经混合、成形、烧结而成。

中国专利文献CN108384979A公开了一种混杂增强铜基复合材料，其含有三种增强体：CNTs、TiB₂和TiC，CNTs呈层状分布，TiB₂和TiC弥散分布于铜基体中，形成了三种增强体协同增强的复合结构。CNTs呈现出取向一致的层叠状分布，有利于发挥CNTs分担基体载荷、提高复合材料韧性的作用；通过在CNTs层叠之间的铜基体中引入尺寸细小且分布均匀的TiB₂和TiC颗粒，增加了材料变形过程中位错运动的阻力，其和CNTs的强化作用相互补充，提高了材料的强度。

中国专利文献CN101613816A公开了一种原位生成多元弥散强化铜基复合材料及其制备方法，其增强相包括以下物质中的至少三种：0.3％≤碳化钛≤5％、0.3％≤碳化锆≤5％、0.3％≤氧化铝≤5％，0.3％≤硼化钛≤5％，0.1％≤碳化铝≤5％，0.3％≤氧化铬≤5％，0.3％≤氧化锆≤5％，0.1％≤石墨≤1％；余量为Cu。增强相物质的粒度分别在10nm-10μm之间。制备方法采用球磨、压制、烧结、挤压工艺，获得多元弥散增强的铜基复合材料。

中国专利文献CN103981393A公开了一种碳纳米管-金属复合增强铜基复合材料及其制备方法；其中，将含金属元素和铜离子的可溶性盐类、碳纳米管配置成溶胶，将溶胶在喷雾干燥机下喷雾造粒得到纳米级别的混合粉末，将混合粉末在无氧气氛下煅烧得到黑色粉体，将黑色粉体在氢气气氛下还原得到碳纳米管-金属元素复合增强铜基粉末，将复合粉末等静压成型后在氢气气氛下烧结，得到金属元素X在0.1～2wt％，碳纳米管在0.1～2wt％的碳纳米管-金属元素复合增强铜基复合材料。

中国专利文献CN108913930A公开了一种碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，其包括以下步骤：碳纳米管的酸化处理；碳纳米管的分散；碳纳米管的溶解；注射成型；脱脂和烧结。其中，通过加入粘结剂，改善了碳纳米管与金属之间的润湿性，提高界面结合强度，以期解决碳纳米管在铜基体中的团聚问题。