[发明专利]双晶碳化钨协同增强铜基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种双晶碳化钨协同增强铜基复合材料及其制备方法，该方法包括如下步骤：制备具有核‑壳结构的双晶碳化钨‑铜增强颗粒，该双晶碳化钨包括具有较大晶粒度的第一碳化钨和具有较小晶粒度的第二碳化钨；将双晶碳化钨‑铜增强颗粒与纯铜粉混合，再经放电等离子烧结，得到双晶碳化钨协同增强的铜基复合材料；其中，双晶碳化钨占铜基复合材料总质量的0.5～10％。本发明利用不同晶粒度碳化钨粉末的粒度协同作用，得到力学性能显著提高的铜基复合材料；采用具有核壳结构的双晶碳化钨‑铜增强颗粒，避免了碳化钨的偏聚；采用放电等离子烧结，使得铜晶粒生长被有效抑制。

技术领域

本发明涉及一种铜基复合材料及其制备方法；更具体地，本发明涉及一种碳化钨增强铜基复合材料及其制备方法。

背景技术

纯铜材料兼具高导电率、高导热率和良好的延展性等综合性能，广泛应用于电子信息、电力电气、交通运输等领域。然而铜也存在强度低、硬度小、耐磨性差等缺点，限制了其在工业中的扩展应用。随着电子信息等技术的快速发展，对铜材的综合性能也提出了越来越高的要求，为了解决这一问题，通常是采用第二相强化的方法，以期在增强铜基复合材料力学性能的同时尽可能地使其导电性能保持不变或者降低幅度减小。近年来，由于原位复合技术在复合过程中形成的反应界面加强了基体与增强体之间的结合能力，同样在铜基增强复合材料领域得到应用。

例如，中国专利文献CN106435237A公布了一种纳米二氧化钛增强铜基复合材料的制备方法，其以粉末冶金原位合成TiO₂/Cu复合材料，使TiO₂具有良好的粒径分布。具体地，首先以浓氨水、无水乙醇、钛酸四丁酯、三水合硝酸铜为原料制得不同含量钛氧聚合物和硝酸铜的复合粉末，再经煅烧还原得到TiO₂/Cu粉末，再经真空热压烧结炉烧结制得纳米TiO₂增强铜基复合材料。

中国专利文献CN101613816A公开了一种原位生成多元弥散强化铜基复合材料及其制备方法。其中，使用的增强相包括以下物质中的至少三种：0.3％≤碳化锆≤5％、0.3％≤碳化钛≤5％、0.1％≤碳化铝≤5％、0.3％≤氧化铝≤5％、0.3％≤硼化钛≤5％、0.3％≤氧化铬≤5％、0.3％≤氧化锆≤5％、0.1％≤石墨≤1％；余量为铜。增强相物质的粒度范围在10nm-10μm之间。其制备方法采用球磨混合、压制成型、烧结以及后续挤压，制得了多元弥散增强的铜基复合材料。

中国专利文献CN108384979A公开了一种混杂增强铜基复合材料，其含有三种增强体：CNTs、TiB₂和TiC，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。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；通过在CNTs层叠之间的铜基体中引入尺寸细小且分布均匀的TiB₂和TiC颗粒，增加了材料变形过程中位错运动的阻力，其和CNTs的强化作用相互补充，提高了材料的强度。

中国专利文献CN102978434A公开了一种采用短纤维与颗粒协同增强的铜基复合材料。短纤维与颗粒作为增强相，短纤维的含量为0.1％～2％wt，增强体颗粒的含量为0.1％～10％wt。短纤维可以是碳纳米管，纳米碳纤维，陶瓷短纤维等，增强相颗粒可以是氧化铝，氧化锆、氧化镁、二氧化钛，碳化硅，碳化钛，碳化钨、氮化硅、氮化铝、氮化钛、二硼化钛、Ti3SiC2等。

铜基复合材料增强相的选择、增强相在铜基体中的分布及其与铜之间的界面结合强度等因素均对铜基复合材料的力学性能具有重要影响，生产成本及制作难度亦是需要考量之因素。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种低成本地制备具有优异且稳定力学性能的铜基复合材料的方法。

本发明的另一目的是提供一种低成本、具有优异且稳定力学性能的铜基复合材料。