[发明专利]一种高强度高电导率的金属玻璃复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高强度高电导率的金属玻璃复合材料及其制备方法，包括以下步骤：制备Cu₅₀Zr₄₃Al₇粉末颗粒；在得到的Cu₅₀Zr₄₃Al₇粉末颗粒进行镀前预处理，然后进行化学镀，清洗干燥后得到铜包覆Cu₅₀Zr₄₃Al₇金属玻璃粉末；将铜包覆Cu₅₀Zr₄₃Al₇金属玻璃粉末与铜粉混合进行放电等离子烧结，得到高强度高电导率的金属玻璃复合材料，烧结温度为不大于503℃。采用本发明的技术方案，采用对特定的金属玻璃粉末进行化学镀铜的方法制备复合粉末，使得晶体铜均匀且牢固的与金属玻璃粉末结合，最后与铜粉混合进行烧结得到的复合材料，该复合材料在具有更高的强度的同时，兼具更好的导电率。

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种高强度高电导率的金属玻璃复合材料及其制备方法。

背景技术

金属玻璃，也称为非晶合金，是指固态时原子的三维空间呈拓扑无序排列、并在一定温度范围内这种状态保持相对稳定的合金。非晶合金由于其独特的长程无序、短程有序的结构，没有位错、晶界等晶体学缺陷，因而具有独特而优异的物理、化学及力学性能。例如某些钴基非晶合金的强度高达6000MPa，这几乎是块体金属材料的最高强度；另外，锆基非晶合金还同时具有高弹性极限(约2％)、高断裂韧性、过冷液相区超塑性、高硬度、超高耐腐蚀性、耐磨性以及抗疲劳性能。自从上世纪80年代末，采用铜模铸造法在La-Al-Ni基合金中制备出块体非晶合金以来，经过近三十年的发展，已经开发出了几百种类的块体非晶合金体系，具体的合金成分则更多。每个合金系，无论是其玻璃形成能力，还是其物理、化学和力学性能均有自己的特点。

另一方面，在所有的金属、合金及复合材料中，高强度和高导电性始终具有相互矛盾的特性，而高强度高导电复合材料则是指具有优良的导电、导热性能，同时强度又远高于纯铜的一类复合材料，是一类具有优良的综合物理性能和力学性能的功能结构材料。它既具有高的强度和良好的延展性，又具有良好的电传导和热传导特性。在各种现代科技领域中有广泛应用，如电气通信行业中的电气工程开关的电触头、电阻爆电极发动机的集电环、电枢、电极、电气化铁路接触导线、大功率异步牵引电动机转子等；电子工业中的各种集成电路的引线框架；冶金工业中的高炉风口、连铸结晶器、需要处于高的导电导热环境中的氧枪喷头等；以及热核实验反应堆偏滤器垂直靴散热片、高强脉冲磁场导电材料等。

然而工业上目前应用的诸多材料中，很难兼备高强度与高导电性，如Cu、Ag等纯金属尽管具备很高的导电性，但其强度极低，往往小于200MPa。而在提高其强度的同时，必然导致导电率的急剧下降。自从上世纪80年代后，随着电子工业的飞速发展，特别是高强磁体技术的发展，对新一代的高强度高导电材料的研究又掀起了新的浪潮。国内外这类材料进行了大量的研究和开发工作，使这类材料得到迅速的发展。如2004年，卢柯等人在《Science》上发表了采用纳米尺寸的生长孪晶强化金属的新途径获得了同时具有超高强度和高导电性的铜，其屈服强度可达到900MPa，电导率达到97％IACS，但其制备工艺极其复杂，且只能制备薄膜样品，因此对于工业化应用尚远。近年来，日本三菱公司开发的Cu-Cr(Zr)系高强高导合金OMLC-1的综合指标可达到抗拉强度621MPa,导电率82.7％IACS。德国铁路公司(DBAG)牵头研发的Cu-Mg系合金最初应用与电气化高速铁路的接触网中，与其他合金元素相比，该合金不需经过后续热处理就能获得较高的强度并保持了较为良好的导电性能。

目前电接触开关行业中应用的多为铜铍合金，抗拉强度≥1000MPa，而导电率仅为≥18％IACS。尽管其在强度、硬度、导电、导热及高温稳定性上有着较为优良的结合，但由于铍元素及其化合物具有极高的毒性，每一立方米的空气中只要有一毫克铍的粉尘，就会使人染上急性肺炎——铍肺病。考虑到其在制备过程中对环境以及人体造成的损害，目前各国的产业界一直在寻找绿色环保，成本低廉，性能优异的材料以替代铜铍合金。