[发明专利]长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法及其熔铸装置

权利要求书

1. 一种长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于：向铜熔体中添加陶瓷粉末颗粒、陶瓷晶须或石墨粉体颗粒作为强化相材料弥散颗粒，采用对铜熔体机械搅拌方法，并采用两个对向旋转磁场结合的方式在铜熔体凝固界面前沿产生强烈紊流，采用上引连铸工艺，使上引连铸过程中制备的铜基复合材料晶粒细化，并使强化相材料弥散颗粒均匀分布于铜基复合材料中，从而制备出长尺寸弥散强化铜基复合材料。

2.根据权利要求1所述的长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a. 铜基复合材料成分配备：采用紫铜为原料进行熔炼，待其完全溶化后，形成铜液，将陶瓷粉末颗粒、陶瓷晶须或石墨粉体颗粒注入到铜液中，使粉体态注入材料与铜液混合，形成铜基复合材料熔体；

b. 向铜基复合材料熔体施加接触式机械搅拌：在铜液上覆盖一层鳞片石墨，使铜液与外界气氛隔离，在石墨搅拌桨的搅拌作用下，使粉体态注入材料在铜液中形成成分均匀分布的混合熔体；

c. 向铜基复合材料熔体施加非接触式磁力搅拌：在上述步骤b中，对混合熔体进行上引连铸，当上引连铸开始后，混合溶体在结晶器中凝固结晶，同时在混合熔体凝固界面前沿施加两个对向正反转旋转磁场，使混合熔体凝固界面前沿的液相区域产生强烈紊流搅拌；

d. 长尺寸铜基复合材料制备：在上述步骤b和c中，通过复合搅拌作用，在结晶器中，使粉体态注入材料颗粒被混合熔体凝固界面逐渐吞没，通过上引连铸制备出长尺寸的弥散强化铜基复合材料。

3.根据权利要求2所述的长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于：在上述步骤c中，对向旋转磁场的磁场强度通过线圈电流来控制，磁场强度在10-1200mT之间可调；对向旋转磁场的频率由线圈电流频率来控制，旋转磁场的频率在0.10-2000Hz之间可调。

4.根据权利要求2或3所述的长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于：在上述步骤c和d中，进行上引连铸时，混合熔体温度控制在1080-1350℃之间。

5.根据权利要求2或3所述的长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于：在上述步骤c和d中，上引连铸的上引速度根据铸锭尺寸不同而设定，上引速度在5-500mm/min之间可调。

6.根据权利要求2或3所述的长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于：在上述步骤b中，石墨搅拌桨的转速在0.5-500转/秒之间可调。

7.根据权利要求1～3中任意一项所述的长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所制备的长尺寸弥散强化铜基复合材料的形状为棒状、方形、板型或者异形，其中棒状的长尺寸弥散强化铜基复合材料的直径为5-300mm。

8.根据权利要求1～3中任意一项所述的长尺寸弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于：铜基复合材料中的增强强化相材料的质量分数在3-10％之间，强化相材料是弥散颗粒粒径为0.001-0.1μm的Al₂O₃、SiC、TiB₂、ZrO₂、石墨或SiO₂的超细颗粒，强化相材料或者是体积分数介于3-30％之间而且直径小于10μm且长径比超过20的Al₂O₃晶须和SiC晶须中的任意一种。