[发明专利]新型纳米相弥散强化铜及其制备方法和产品生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种弥散强化铜及其制备方法和产品生产工艺，具体涉及一种通过高能球磨的方法添加弥散强化第二相并通过原位反应合成法进行制备新型纳米相弥散强化铜的方法及通过该制备方法获取的新型纳米相弥散强化铜及其相关产品的生产工艺。

背景技术

弥散强化铜是一种高强高导的铜基复合材料。作为一种重要的功能材料，由于弥散强化铜具有高强度和高导电性等优异的综合特性，弥散强化铜已在汽车、电池、电子封装、微波器件等工业领域中得到了广泛的应用。弥散强化铜是制备电阻焊电极、缝焊滚轮、电器工程开关触桥、发电机集电环、电枢、转子、连铸机结晶器内衬、集成电路引线框架、电车及电力火车架空导线等的优良材料。随着对弥散强化铜的性能要求越来越高和降低成本的需要，开发新的材料制备技术以及制备具有更高导电和力学性能的下一代纳米相弥散强化铜也越来迫切。

目前，经过几十年的发展，国内外已经开发的弥散强化铜粉末的生产工艺方法主要有机械混合法、共沉淀法、机械合金化法和内氧化法。

机械混合法是首先利用某些活性金属粉末能在颗粒表面形成很薄的难熔氧化物膜，如铝的氧化膜约厚达而采用空气雾化制粉的技术。随后，为破碎氧化膜和增加新氧化表面，再进行一道机械研磨的后处理工序。随后的成形工艺中通常采用热变形加工以有利于进一步破碎氧化膜和金属颗粒间的烧结。

化学共沉淀选择还原法是将铜与弥散强化相组元如Zr和Al或Zr与Al的盐溶液或氧化物溶胶，用沉淀剂使它们共沉淀，并热解得到极均匀的混合氧化物，再通过H₂还原，得到在被还原的铜基体中均匀弥散的难熔氧化物微粒(Al₂O₃、MgO、ThO₂、HfO₂、ZrO₂)。

机械合金化法是在一般机械研磨法作为一种简单的混合铜粉和第二相的手段已不适应弥散强化铜性能要求的基础上发展起来的。机械合金化制备弥散强化铜的基本过程和原理是将铜粉、氧化铜粉、铝粉与适量磨球共置入密封球磨罐内，或铜铝合金粉与铜粉在氧化气氛中与适量磨球，通过球磨罐的剧烈摇动或振动，粉末重复性地被挤压变形、焊合、断裂再焊合，形成层状复合体，再经历重复的冷焊、断裂再冷焊的过程，而形成第二相分布非常均匀的粉末。最终通过还原去氧步骤得到弥散强化铜粉末。

内氧化法是利用合金中某些活性溶质元素的选择氧化，控制温度、时间、氧分压等工艺参数获得强化相弥散均匀的铜基材料。然后，采用雾化Cu-Al合金粉末辅以CuO粉末作为氧源，在约875℃进行内氧化，内氧化完成后的粉末装入Cu包套中在约925℃下挤压成材。在现阶段，此法也是主要的弥散强化Cu-Al₂O₃合金生产技术。

以上各种制备技术的核心是得到具有弥散颗粒大小均匀和分布状态最佳的弥散强化铜粉体。其中，目前最为成熟和得到广泛应用的是内氧化法，实践生产也证明该方法得到的材料综合性能较佳而且稳定。然而，内氧化法工艺的最大的缺点在于其工艺复杂和成本较高，特别是氧气量和氧化时间较难控制，因此对内氧化法的设备和工艺控制要求极其严格，同时由于滞留在内部的氧化剂难以完全消除，容易造成裂纹、空洞、夹杂等组织缺陷而对材料的性能产生一定的影响。而化学共沉淀法在超细粉体制备中具有成分易于控制，所合成粉体纯度高、颗粒尺寸分布均匀和容易放大生产等优势，但是存在着生产成本高和产品性能差的缺陷。相比较，尽管有第二相粒度不够细、粒径分布宽、杂质易混入的缺点，但是成本较低、产量高、工艺简单易行的机械合金化方法在氧化物弥散强化铜制取方面显示了其优越性。尽管如此，以上技术都或多或少的存在着相间产物难控制、基体和增强相之间湿性差的局限性。因此，除了改进现有工艺外，必须结合已经发展成熟的纳米合成技术，例如，原位反应合成法，来提高传统弥散强化铜的制备技术。

发明内容

为了解决现有技术中存在的内氧化法工艺方法中，其工艺复杂、成本较高，氧气量和氧化时间较难控制；化学共沉淀法生产成本高、产品性能差；机械合金化方法第二相粒度不够细、粒径分布宽、杂质易混入。而且以上技术都或多或少的存在着相间产物难控制、基体和增强相之间湿性差的局限性等技术缺陷。本发明提供了一种能得到具有弥散颗粒大小均匀和分布状态最佳的工艺简单、过程可控、成本较低、产品综合性能优异的纳米相弥散强化铜粉体的制备方法。

本发明还提供了一种纳米相弥散强化铜产品生产工艺方法。