[发明专利]一种增强型铜基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种增强型铜基复合材料及其制备方法和应用，具体涉及一种β‑Sialon晶须增强铜基复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料以铜或铜基合金为基体相，以β‑Sialon晶须作为增强相，所述β‑Sialon晶须分布在基体相中；所述β‑Sialon晶须的体积分数为3～30%。

技术领域

本发明涉及一种增强型铜基复合材料及其制备方法和应用，具体涉及一种β-Sialon晶须增强铜基复合材料及其制备方法和应用，属于高导热、高导电以及摩擦材料领域。

背景技术

铜及铜基合金是重要的导电、导热和摩擦材料。现代航空、航天、电子、汽车、以及新能源产业等的迅速发展，对材料的性能提出更高的要求，传统单一的铜及铜合金材料难以满足日益苛刻的轻质、高强的需求，复合化成为此类材料发展的一个重要方向。发展具有高强度、高模量、良好耐磨性能、良好的抗疲劳性能、热膨胀系数小、密度低的铜基复合材料变得尤为迫切。

目前对铜基材料的增强主要以加入TiB₂、TiC、SiC等颗粒增强为主。陶瓷颗粒或晶须的加入，可以强化基体，减少摩擦过程中抵抗对偶微凸体的犁削磨损。当材料表面受到摩擦而产生裂纹时，金属相由于强度较低因而裂纹较容易扩展，而当裂纹扩展至陶瓷相时，由于陶瓷相具有很高的强度，因此裂纹沿着相界面产生偏折或者需要更大的作用力使陶瓷相破裂，以上情况可以有效提高材料的断裂功，减少表面材料的脱落，从而提高其抗摩擦性能。同时，由于陶瓷相的加入，金属材料失去光滑的表面，提高了材料的摩擦系数。中南大学孟康龙等人^[1]运用SiO₂颗粒结合α-SiC晶须增强铜基复合材料，使材料的平均动摩擦系数提高到了0.31，基体的显微硬度提高到840.9HV。杜建华等人^[2]采用纳米SiC晶须作为增强相，制备了Cu基复合材料，添加一定量的晶须，材料的耐磨性得到明显改善，当晶须添加量为0.3％时，材料的耐磨性能最高，相比纯铜材料降低幅度达到58％。相比于常用的颗粒增强机制，晶须增强容易获得更高的机械强度，有利于减少摩擦过程中的磨损量。专利1(中国公开号CN104451476A)公开了一种一种表面改性晶须增强铜基复合材料及其制备方法，这种方法制备的材料具有良好的力学和导热性能，但所采用的β-Si₃N₄晶须成本较高。

参考文献：

[1]孟康龙,姚萍屏.α-SiC的粒度对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响[J].粉末冶金材料科学与工程,2010,15(03):294-299.

[2]杜建华,刘贵民,宋娅玲,邓智昌,谢凤宽.纳米SiC晶须增强铜基纳米复合材料摩擦学性能研究[J].装甲兵工程学院学报,2009,23(01):77-80.。

发明内容

本发明中，首次利用β-Sialon晶须作为增强体制备了一种β-Sialon晶须增强铜基复合材料，该复合材料以铜或铜基合金为基体相，以β-Sialon晶须作为增强相，所述β-Sialon晶须分布在基体相中；所述β-Sialon晶须的体积分数为3～30％。

在本公开中，β-Sialon晶须是一类具有特殊结构的微小棒状材料，其具有一定的长径比。以之为增强体制备铜基复合材料，一方面可以利用β-Sialon晶须高强度、高耐磨的特点，提高摩擦材料的耐久度，另一方面保留了铜基体高导热、高导电的特点，保证了其在传热、导电等方面的应用。所得β-Sialon晶须增强铜基复合材料的热导率高、强度高、硬度高、摩擦系数高、抗磨损性能好。相比而言，β-Sialon晶须具有较优异的力学性能，同时其制备成本低，作为铜基复合材料的增强相，具有良好的应用前景。

较佳的，所述β-Sialon晶须的形状为长棒状，晶须直径介于0.2～5μm之间，长度介于0.6～50μm之间，晶须长径比介于3～100之间。