[发明专利]一种混杂增强铜基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种混杂增强铜基复合材料，含有三种增强体：CNTs、TiB₂和TiC，复合材料组织中，CNTs呈层状分布，TiB₂和TiC弥散分布于铜基体中，形成了三种增强体协同增强的复合结构。本发明还公开了上述复合材料的制备方法。本发明通过在CNTs层叠之间的铜基体中引入尺寸细小且分布均匀地TiB₂和TiC颗粒，增加了材料变形过程中位错运动的阻力，和CNTs的强化作用相互补充，提高了材料的强度。复合材料组织中，三种增强体形成了一种交替分布、优势互补的的协同增强结构，使复合材料具有高硬度和良好导电率；CNTs呈现出取向一致的层叠状分布，有利于发挥CNTs分担基体载荷、提高复合材料韧性的作用。

技术领域

本发明属于铜基复合材料技术领域，具体涉及一种混杂增强铜基复合材料，本发明还涉及上述混杂增强铜基复合材料的制备方法。

背景技术

电力电子行业的迅速发展对开发高性能铜基复合材料提出了迫切的要求。采用粉末冶金技术将多种增强体引入铜基体中，实现协同增强效果是获得高性能铜基复合材料的新途径。TiB₂和TiC陶瓷相因具有高硬度、高弹性模量等性能特征可显著提高Cu基复合材料的强度；而在铜基体中添加高强度的CNTs可改善复合材料的韧性。通常，利用粉末冶金技术制备铜基复合材料，需要结合高能球磨方法来实现增强体在基体中的均匀弥散分布。然而，高能球磨一方面会在铜基体中引入较多缺陷，从而对基体电导率造成不可逆的损伤；另一方面，还会破坏CNTs的本征结构，进而导致其增强效果大幅降低。因此，需要开发一种新方法，使得复合材料中多元增强体分布状态优化、保证CNTs结构不被破坏、并且使复合材料保持有较高的导电率。

发明内容

本发明的目的是提供一种混杂增强铜基复合材料，使得铜基复合材料在实现多元协同增强同时，保证其具有良好的导电率。

本发明的另一目的是提供一种混杂增强铜基复合材料的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种混杂增强铜基复合材料，含有三种增强体：CNTs、TiB₂和TiC，复合材料的组织中，CNTs呈层状分布，TiB₂和TiC弥散分布于铜基体中，形成了三种增强体协同增强的复合结构。

本发明特点还在于，

复合材料中CNTs含量为：0.05～0.25wt％，TiB₂含量为：0.50～2.5wt％，TiC含量为0.22～1.08wt％。

CNTs通过外加法加入到复合材料中；TiB₂和TiC利用TiH₂和B₄C发生反应在Cu基体中原位合成。

本发明所采用的另一技术方案是，上述混杂增强铜基复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，称取TiH₂粉末，B₄C粉末，Cu粉，将上述粉末通过球磨混合，得到片状形貌的TiH₂-B₄C/Cu复合粉末；

量取CNTs分散液，加入去离子水稀释为CNTs悬浮液，并进行超声震荡，获得体系分散均匀的CNTs悬浮液；

步骤2，将步骤1得到的TiH₂-B₄C/Cu复合粉末加入CNTs悬浮液中，搅拌混合，当上层溶液由黑色变为透明时停止搅拌，静置、沉淀后将沉淀真空干燥，得到CNTs-TiH₂-B₄C/Cu复合粉末；

步骤3，将步骤2所得的CNTs-TiH₂-B₄C/Cu复合粉末装入钢模具中，冷压成坯；