[发明专利]一种高强度高导电性氧化铝弥散强化铜的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度高导电性氧化铝弥散强化铜的制备工艺。

背景技术

氧化铝弥散强化铜基复合材料因为具有优良的物理性能和力学性能以及高温抗软化性能，被广泛应用于集成电路引线框架、高速电气化铁路架空线、汽车和彩管行业中的电阻焊电极、大推力火箭发动机内衬等高新技术领域，是现代电子信息、能源产业发展的关键材料。特别是近十年来随着汽车产业、信息产业和微电子产业的迅猛发展，氧化铝弥散强化铜也得到了长足的发展，并以其优良的性能显示出其不可替代性，因而引起了国内外众多企业和科研院所的广泛关注。铜及铜合金具有良好的导电导热性，但其室温强度和高温强度均较低且耐磨性较差，为了改善其这一缺点，通过向铜基材料中加入氧化物颗粒作为增强相，并使其细小均匀地弥散分布在铜基体中，从而提高铜基复合材料的力学性能及高温抗软化能力，同时又不降低其导电性或降低不多，这是目前高强高导铜合金材料领域的研究热点和产业化的方向^[1，2，3]。氧化铝弥散强化铜是向铜基体中引入细小均匀弥散分布的氧化铝颗粒作为增强相，强化铜基体的复合材料。此合金体系不仅强度高，而且导电率和导热率都很高，更具吸引力的是，几乎任何一种铜合金在高于1/3-1/2熔点温度下长时间工作，其强度和导电导热性都将大幅度降低，而氧化铝弥散强化铜基复合材料将其软化温度提高至铜的熔点附近，因而能在高温下长时间工作。这一优良性能主要来自铜基体中弥散分布的氧化铝颗粒。

参见图1，内氧化工艺是目前制备氧化铝弥散强化铜复合材料的主要方法，这与此法制得的复合材料具有卓越的性能是密不可分的。采用内氧化法制备氧化铝弥散强化铜复合材料的传统工艺过程是：熔炼铜铝合金，然后采用水雾化、氮气雾化等单级雾化法，或旋转多级雾化法雾化熔体，制备粉末，而后离心干燥、筛分合批。将制得的合金粉末与氧化剂(通常是氧化亚铜粉末)混合，把混合粉末加热到高温800℃以上，氮气气氛或高真空气氛下，氧化亚铜分解，生成的氧扩散到铜铝固溶合金的颗粒中，由于铝比铜易生成氧化物，因此合金中的铝优先被氧化成氧化铝。铜铝合金中的铝被全部氧化生成氧化铝后，在氢气或分解氨气氛中进行加热还原，将合金粉末中多余的氧还原成水蒸气逸出，从而制得氧化铝弥散强化铜粉。将合金粉末采用单向压制、双向压制或冷等静压成锭坯，将冷压制锭坯在真空烧结炉火保护气氛烧结炉中进行烧结，烧结温度为850-1050℃，保温时间为1-4小时。然后根据用途将烧结致密体热挤压成所需要的圆棒料或板料等，热挤压成形的弥散强化铜加工材具有良好的加工工艺性能，可以进行各种机加工^[4]。

现有的内氧化工艺有以下的缺点：由于制品是采用粉末冶金方法制得的，制品内会有一定量的孔隙存在，在高温下孔隙更容易吸入氧气，所以现有的内氧化工艺中采用热挤压来使制品成形会导致制品的氧化，使最终产品的组织、性能不佳；而若采用气氛保护或在真空下进行热挤压等操作又需增加额外的设备，从而使成本大幅增加且工序繁杂。

参考文献：

[1]宁爱林，申奇志，雷先明，彭北山等.弥散强化铜的研制现状与展望[J].邵阳高等专科学校学报.2001.vol.14：165～166。

[2]宁爱林，申奇志，彭北山，莫亚武等.不同增强相弥散强化铜的导电性[J].湖南有色金属.2002.vol.18：34～36。

[3]彭茂公，亢若谷，计汉容等.中国.CN 1915562A.2007.2.21。

[4]刘平，赵冬梅，田保红等.高性能铜合金及其加工技术.北京：冶金工业出版社，.2005：128～129。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种生产成本低的高强度高导电性氧化铝弥散强化铜的制备工艺。

为了解决上述技术问题，本发明提供的高强度高导电性氧化铝弥散强化铜的制备工艺，采用铝含量为0.1-0.6wt％，其余为铜作基体材料，杂质含量小于0.5wt％的铜铝合金粉末为原料，制备工艺包括：

(1)、铜铝合金粉末与氧化剂混合：将铜铝合金粉末与氧化剂(一般为氧化亚铜)的混合粉末在行星式球磨机或滚筒式混料机等中混合0.5-3小时，使氧化剂均匀分布于铜铝合金粉末中，氧化剂中氧含量与合金粉末中铝含量原子比为3∶2-4∶2之间；

(2)、粉末内氧化：把混合粉末加热到800-1000℃，氮气气氛或高真空气氛下，氧化亚铜分解，生成的氧扩散到铜铝固溶合金的颗粒中，由于铝比铜易生成氧化物，因此合金中的铝优先被氧化成氧化铝，即内氧化，内氧化时间为1-3小时；