[发明专利]一种铜基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料合成制备领域，特别涉及一种铜基复合材料的制备方法。

技术背景

铜材料具有良好的导电、导热和易于加工性能，广泛应用在轴承、衬套、齿轮、接头和摩擦等组件上。然而，由于纯铜材料强度低、耐磨性差，导致寿命较短，使用范围受到限制。在一些特定领域，需要在保留纯铜材料的金属特性的同时提高其力学性能和机械性能。

碳化锆是一种具有金属属性的高硬材料，电导率可达2.3×10⁴S/cm，导电能力与金属相当，作为强化第二相在改善金属材料力学性能方面具有较好的应用前景。但现在大部分技术在制备过程需在氢气氛中进行，危险性高，工艺复杂，控制参数较多，需要精确控制反应温度，难以保证产品质量。

发明内容

基于此，本发明公开了一种统计复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

S100、将混合粉体放入球磨罐中加入球磨介质进行球磨；

S200、将球磨后的混合粉体放入石墨模具中，然后一同放置在真空热压炉中进行烧结；

S300、烧结结束后卸压，随炉冷却至室温，所制备的材料即为铜基复合材料。

本发明所公开的方法简便，所需控制的工艺参数较少，克服了其他方法工艺参数控制复杂、产品质量难以保证的缺点。

具体实施方式

在一个实施例中，本发明公开了一种统计复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

S100、将混合粉体放入球磨罐中加入球磨介质进行球磨；

S200、将球磨后的混合粉体放入石墨模具中，然后一同放置在真空热压炉中进行烧结；

S300、烧结结束后卸压，随炉冷却至室温，所制备的材料即为铜基复合材料。

本实施例中所述的方法简单，制备的铜基复合材料具有优良的耐磨损性能和易加工性能，适用于制作受冲击和易磨损工况环境中的部件。

在一个实施例中，所述步骤S100中的混合粉体成分为铜粉和碳化锆粉，其中铜粉和碳化锆粉按质量百分比99.5～92.5∶0.5～7.5配比。

在一个实施例中，所述铜粉的粒径分布为3～5μm，纯度为99.97％；碳化锆粉的粒径分布为3～5μm，纯度为99.99％。

在一个实施例中，所述步骤S100中球磨时间为1～3小时，球磨介质为ZrC球，球磨罐转速为200r/min，球磨过程中在球磨罐内充入高纯氩气并密封。

在一个实施例中，所述步骤S200中真空热压烧结时最高烧结温度为850～900℃，升温速率为15℃/min。

在一个实施例中，所述步骤S200中复合材料在最高烧结温度烧结保持恒温10～15min，烧结的同时向真空热压炉施加30～40MPa的压力。

在一个实施例中，将铜粉(粒径分布为3～5μm，纯度为99.97％)和碳化锆粉(粒径分布为3～5μm，纯度为99.99％)混合粉按质量百分比99.5∶0.5放入球磨罐中球磨2h，球磨介质为碳化锆球，球粉比为5∶1，转速为200r/min，球磨过程中在球磨罐内充入高纯氩气并密封；球磨后混合粉体放入石墨模具中，一同放置在真空热压炉中进行烧结，最高烧结温度为850℃，升温速率为15℃/min；在最高烧结温度保温10min并施加30MPa的压力。烧结结束后卸压，随炉冷却至室温，所制备的铜基复合材料的显微维氏硬度为138.9HV0.2，在载荷20N、磨损时间10min条件下摩擦系数和磨损量分为0.613、7.38×10^-2mm³。

在一个实施例中，将铜粉(粒径分布为3～5μm，纯度为99.97％)和碳化锆粉(粒径分布为3～5μm，纯度为99.99％)混合粉按质量百分比96.0∶4.0放入球磨罐中球磨2h，球磨介质为碳化锆球，球粉比为5∶1，转速为200r/min，球磨过程中在球磨罐内充入高纯氩气并密封；球磨后混合粉体放入石墨模具中，一同放置在真空热压炉中进行烧结，最高烧结温度为875℃，升温速率为15℃/min；在最高烧结温度保温12.5min并施加35MPa的压力。烧结结束后卸压，随炉冷却至室温，所制备的铜基复合材料的显微维氏硬度为150.1HV0.2，在载荷20N、磨损时间10min条件下摩擦系数和磨损量分为0.675、7.12×10^-2mm³。