[发明专利]一种活性炭原位内氧化制备铜基Al2O3复合粉末的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料领域，具体涉及一种使用活性炭进行原位内氧化法制造铜基Al₂O₃复合粉末的工艺方法及制备得到的铜基Al₂O₃复合粉末。 

  

背景技术

弥散强化铜合金（Dispersion Strengthened Copper，简称DSC）是具有优良综合物理力学性能的铜基材料，具有较高的比强度、比模量，良好的导热性、导电性、耐磨性、高温性能，较低的热膨胀系数，较高的尺寸稳定性等综合性能。弥散强化铜的屈服强度和抗拉强度高，甚至退火后仍保有大部分屈服强度，退火可以提高铜合金的延性，但由于弥散强化铜的屈服强度保有率高，因此在高传导性铜合金中，加工硬化的弥散强化铜屈服强度最高。弥散强化铜的强度可与多种钢相媲美，而传导性却与铜相似。氧化铝弥散强化铜材料的物理性能与纯铜的非常相似，它不但强度高，电导率和热导率也高；即使长时间暴露于接近铜基体熔点的温度（800~900℃）之下，依然能保持很好的强度和传导性能，因此使用温度范围很大，使用领域更广泛。氧化铝弥散强化铜可应用于电力、电子、机械等工业领域，可用做电气工程开关触桥、连铸机结晶器内衬、集成电路引线框架、大功率异步牵引电动机转子、电气化铁路接触导线（电车线）、热核实验反应堆（ITER）偏滤器垂直靶散热片、高脉冲磁场导体材料等；并且在这些领域有着其它材料不可替代的优势，尤其是作为现在逐步提速的高速电气化铁路接触导线（电车线），比铬锆铜材料具有更优秀的高强高导工程应用耐久稳定性，是重要的新型备选材料。 

在国外，内氧化法生产弥散铜的研究已进入实用阶段，美国俄亥俄洲的SCM公司已形成月产18吨、四种牌号（C15710、C15720、C15735、C15760）Cu-Al₂O₃的生产规模。目前德国、俄罗斯、日本弥散强化铜合金也已生产，该产品生产工艺仍然在保密中。 

在国内，洛阳铜加工集团有限责任公司与中南大学较早开展了内氧化法制备Al₂O₃/Cu弥散强化铜合金的研究，申请号为200410029836.0的中国发明专利“弥散强化铜合金及其制备工艺方法”公开了其制备方法，采用对弥散铜等静压锭进行一次性内氧化和烧结的工艺，生产效率有所提高，但由于产品性能的稳定性方面均存在不少的问题，因此没能规模化投放市场。 

近年来，对弥散强化铜进行研究、试验和尝试生产的单位先后有北京有色研究院、昆明和河北等相关的科研院所和公司，如：申请号为200510032208.2的中国发明专利“零烧氢膨胀纳米弥散强化Cu- Al₂O₃合金及其制备方法”；申请号为200610048645.8的中国发明专利“弥散强化铜材料中氧化铝原位生长工业生产技术”；申请号为200910303699.8的中国发明专利“一种高强度高导电性氧化铝弥散强化铜的制备工艺”；申请号为200310119001.X的中国发明专利“一种化铝弥散强化铜引线框架材料及制备方法”；申请号为200710195524.0的中国发明专利“超高张力铜线及其制备方法”。其中北京某有色研究院的弥散铜材料主要为低、中等铝含量（Al的质量比例为0.1~0.3%左右），性能与国外有较大差距；其它科研院、公司由于存在批量生产产品性能不稳定等问题，相继放弃该项目。 

目前国内弥散强化铜棒材事实上依然依赖进口，在军用高端电真空和无冷却超强电流线圈、导体（如电磁炮元件）领域，受到国外的进口限制。 

上述国内各单位制备弥散强化铜的方法是相似的，通常包括制取铜-铝合金粉末、氧源制作、混料、冷等静压制作短粗锭、综合热处理、锭加热至高温、热挤压、冷加工、性能检测等步骤，这些方法在商业化生产中有以下共同的突出缺点： 

（1）杂质氧（O）影响性能

产品弥散强化铜棒材中杂质氧含量难以控制，平均杂质氧含量＞150ppm，不能满足制作电真空元器件的原料要求。弥散强化铜棒化学成份中，除了化合态存在于Al₂O₃相的氧元素之外，其余的氧是杂质氧，杂质氧影响导电率、高温强度，特别是作为电真空元件的材料使用时会出现氢脆现象，出现裂纹。