[发明专利]具有微观定向结构的铜基触头材料及其制备方法

权利要求书

1.一种具有微观定向结构的铜基触头材料，其特征在于，所述的铜基触头材料由基体相和第二相复合组成，其中基体相为铜或铜合金，第二相为铬、铬合金、碳化钨或碳化硅，以质量百分数计，基体相含量为5%~85%；所述的铜基触头材料微观上具有定向结构，具体表现为基体相和第二相沿材料制备过程的冷冻方向相间排列，并且在三维空间相互连通，基体相片层厚度为2μm~200μm，片层间距为2μm~160μm；

所述的具有微观定向结构的铜基触头材料的制备方法，包括以下步骤：

（A）浆料配制：称取第二相粉体、水和添加剂，将其充分混合，得到均匀分散的水基浆料；

（B）冷冻铸造和真空冷冻干燥：利用冷冻铸造工艺处理水基浆料，使其中的水沿冷冻方向发生定向凝固，从而将第二相粉体和添加剂排挤到冰层之间，使第二相粉体和添加剂微观上定向排列，对凝固的水基浆料脱模后，进行真空冷冻干燥处理去除其含有的水分，得到具有定向多孔结构的第二相坯体；

（C）去有机质和骨架烧结：对坯体进行高温处理去除其含有的有机质，然后对去除有机质后的坯体进行高温烧结，得到由第二相组成的具有微观定向结构的多孔骨架；

（D）骨架熔渗：将铜或铜合金加热融化后，浸渗入烧结好的第二相多孔骨架中，使铜或铜合金的熔体填充骨架的孔隙，待铜或铜合金的熔体凝固冷却后，切除多余的铜或铜合金，得到具有微观定向结构的铜基触头材料；

步骤（A）中，所述的水基浆料中第二相粉体、添加剂和水的质量比例范围为1：（0.001~0.5）：（0.05~20）；所述的添加剂包括有机粘结剂和分散剂，该有机粘结剂是聚乙二醇、聚乙烯醇、蔗糖、羟丙基甲基纤维素或瓜尔胶中的一种或一种以上，有机粘结剂的添加量为水的质量的5%~20%，该分散剂是聚丙烯酸、聚乙烯亚胺、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或Darvan C-N中的一种或一种以上，分散剂的添加量为第二相粉体质量的2~20%；水基浆料混合的工艺是超声、振动、搅拌、球磨的一种或任意的结合；

步骤（B）中，所述的冷冻铸造的工艺为：将混合均匀的水基浆料倒入聚甲基丙烯酸甲酯模具中，模具下端以倾角为25°的聚二甲基硅氧烷底座密封，将模具放置于铜板上，将铜板的一侧与一端浸没在液氮中的铜棒相连接，使得水基浆料中的水沿模具自底向上发生定向凝固，沿凝固方向生长的冰晶将水基浆料中的第二相粉体和添加剂逐渐排挤到冰层之间，从而微观上实现粉体的定向排列；所述的真空冷冻干燥的工艺为：将凝固的水基浆料脱模后置于冷阱温度低于-30℃、真空度不超过10Pa的真空环境下，放置时间大于10h。

2.根据权利要求1所述的具有微观定向结构的铜基触头材料，其特征在于，步骤（C）中，所述的对坯体进行高温处理去除其含有的有机质为：在真空或保护气氛中对坯体进行高温处理，处理温度为400℃~800℃，其中保护气氛为氮气、氩气、氦气的一种或它们任意的混合气体；所述的对去除有机质后的坯体进行高温烧结，在真空、保护气氛或还原气氛中完成，该保护气氛为氮气、氩气、氦气的一种或它们任意的混合气体，该还原气氛为氢气或氢气与氩气的混合气体，烧结温度为800℃~2000℃。

3.根据权利要求1所述的具有微观定向结构的铜基触头材料，其特征在于，步骤（D）中，所述的第二相多孔骨架的熔渗在真空、保护气氛或还原气氛中完成，该保护气氛为氮气、氩气、氦气的一种或它们任意的混合气体，该还原气氛为氢气或氢气与氩气的混合气体，熔渗温度为1100~1800℃，熔渗用的材料为铜或铜合金。