[发明专利]一种铜基复合粉体的自蔓延合成及其应用

说明书

本发明涉及一种铜基复合粉体的自蔓延合成及其应用，以钛粉，氮化硼粉，铜粉或/和铜基合金粉为原料，均匀混合后采用自蔓延烧结制备而成；以原料总质量为100%计，所述原料中钛粉的质量分数为15～50%、氮化硼粉的质量分数为5～20%、铜粉或/和铜基合金粉的质量分数为80～30%。与现有技术相比，本发明提供的一种铜基复合粉体，包含TiB₂/TiN二元陶瓷增强相，BN润滑相，可用于制备增强型自润滑铜基复合材料，兼具TiB₂/TiN高硬度、高耐磨的特性以及纯铜或铜基合金的高热导特性。

技术领域

本发明涉及一种铜基复合粉体及其制备方法，具体说，是涉及一种包含TiB₂/TiN二元陶瓷相，BN润滑相以及Cu(或Cu合金)金属相的一种复合粉体的自蔓延合成及其应用。

背景技术

铜及其合金材料具有优良的导电、导热性能，通常作为摩擦部件、散热部件、导电部件广泛应用于各类机械、电力等系统。然而，由于其硬度低、密度高、高温高速条件下的耐磨性能差等不足，限制了其在高性能汽车、飞机、高速列车、以及先进武器系统中的应用。陶瓷相增强铜基复合材料(CMMCs)是以陶瓷(颗粒、短纤维、连续长纤维)为增强相，以铜及其合金为基体制备的一种兼具金属与非金属的综合性能的复合材料。该复合材料通常保留了铜合金材料良好的导热和导电性能，并且具有比传统铜合金更高的硬度、强度，更好的耐腐蚀性，更加优异的耐磨性，并且具有相对较低的密度和热膨胀系数，因为成为替代传统铜合金材料的理想选择。

二硼化钛(TiB₂)是一种具有高强度、高硬度、高杨氏模量的陶瓷材料，并且具有良好的导电性能，是铜基复合材料的理想增强相，可以在提高材料力学、耐磨性能的基础上，保持材料具有较高的电导率。此外，由于TiB₂具有较低的密度，可以有助于部件的轻量化。氮化钛(TiN)是一种具有优异的力学和耐磨性能的陶瓷材料，并且具有良好的导电、导热性能、良好的耐高温性能和化学稳定性，其与金属材料的界面结合性能较好，被广泛应用于硬质合金材料的增强相。

当前，TiB₂和TiN被用作铜基复合材料的增强相的研究工作已经逐渐展开。专利号CN102828060B公开了一种氮化钛陶瓷增强铜基复合材料及其制备方法，原料按重量比，由氮化钛、氧化钛、烧结助剂、碳黑组成，其中铜合金添加到预制体中，制备方法包括加热、保温、烧结、通入流动氮气即获得气孔率为45～75％的多孔氮化钛预制体；压铸机预热,同时将铜合金加温达到熔融状态；将熔融铜合金液倒入放置预制体的模腔内，通过压力机将熔融铜合金液压入多孔氮化钛预制体中，待铸块冷却后与模具分离，经热处理后得到氮化钛增强铜基复合材料。专利号CN105220000A公开了一种高强度二硼化钛颗粒增强铜基复合材料及其制备方法，该高强度二硼化钛颗粒增强铜基复合材料由如下体积百分比的组分组成：纯度＞98％的高纯度二硼化钛为6-9％，铜合金ZCuSn₅Zn₅Pb₅为91～94％，经过熔炼、搅拌、保温、铸造等步骤，得到高强度二硼化钛颗粒增强铜基复合材料。

上述工作均是采用TiB₂或TiN颗粒为原料，在混料过程中由于颗粒密度的差异和陶瓷颗粒的团聚作用，容易造成材料的密度不均，影响复合材料的性能。采用陶瓷预制块的方法虽然可以避免陶瓷颗粒团聚的影响，但是需要制备陶瓷预制块，工艺和设备较为复杂，成本较高，因此在大规模生产方面具有较大限制。

发明内容

本发明拟从粉体制备出发，针对现有技术存在的问题，提供了一种自蔓延合成铜基复合粉体的方法，以钛粉，氮化硼粉，铜粉或/和铜基合金粉为原料，均匀混合后采用自蔓延烧结制备而成；

以原料总质量为100％计，所述原料中钛粉的质量分数为15～50％、氮化硼粉的质量分数为5～20％、铜粉或/和铜基合金粉的质量分数为80～30％。