[发明专利]一种SiC增强铜基复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于陶瓷增强金属基复合材料技术领域，具体涉及一种SiC增强铜基复合材料及其制备方法。本发明的SiC增强铜基复合材料，包括Cu颗粒和SiC颗粒，所述Cu颗粒和SiC颗粒之间设有非晶玻璃相，所述非晶玻璃相为SiO₂和Cu₂O的共熔物。本发明通过向SiC颗粒与Cu颗粒之间引入非晶玻璃相作为界面过渡层，避免了SiC颗粒与Cu颗粒的直接接触，从而使得SiC增强铜基复合材料的性能得到提高。

技术领域

本发明属于陶瓷增强金属基复合材料技术领域，具体涉及一种SiC增强铜基复合材料及其制备方法。

背景技术

纯铜由于具有高导电性、高热导率、低热膨胀系数等优点，被广泛用于电子、热电等领域。但是纯铜的强度以及硬度等机械性能较差，因此应用受到了限制。在实际应用中，对纯铜材料进行强化处理是不可或缺的环节。在铜基体中添加固体颗粒增强相是一种有效的强化处理方法，其中SiC颗粒是一种常用的增强相。如郑州大学的王春华的博士学位论文中表明SiC增强铜基复合材料(SiC/Cu复合材料)综合了金属基体铜的高导电导热性、可加工性和增强相SiC的高强度、高耐磨性、低密度及低膨胀系数等性能优点(《SiC_p/Cu复合材料电导特征的研究》)。

但是采用SiC颗粒为增强相合成SiC增强铜基复合材料时，存在以下问题：SiC颗粒与Cu颗粒两相之间的润湿性较差，使得二者之间结合性较差；SiC颗粒与Cu颗粒的热膨胀系数不匹配，界面处存在界面热应力，使得形成的复合材料的致密性较差；SiC颗粒与Cu颗粒在高温条件下会发生界面反应，生成多种不稳定的界面产物(Cu_xSi_y和C)，从而降低复合材料的力学性能。

为改善SiC颗粒与Cu颗粒之间的界面状态，公告号为CN104294071B的中国专利文件中公开了一种采用低温玻璃相增强的SiC_p/Cu复合材料，该复合材料中的低温玻璃相成分为SiO₂和K₂O。该复合材料中采用低温玻璃相作为界面层，改善了SiC颗粒与Cu颗粒的界面状态，使得复合材料的抗弯强度达到240MPa左右，但是其抗弯强度仍不能满足使用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种SiC增强铜基复合材料，有效提高了SiC增强铜基复合材料的抗弯强度。

本发明的目的还在于提供一种上述SiC增强铜基复合材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种SiC增强铜基复合材料，包括Cu颗粒和SiC颗粒，所述Cu颗粒和SiC颗粒之间设有非晶玻璃相，所述非晶玻璃相为SiO₂和Cu₂O的共熔物。

本发明通过在SiC颗粒与Cu颗粒之间引入由SiO₂和Cu₂O形成的非晶玻璃相作为界面过渡层，避免了SiC颗粒与Cu颗粒的直接接触，提高了SiC颗粒与Cu颗粒的界面结合强度，使得SiC增强铜基复合材料的致密性以及力学性能得到提高，其抗弯强度能够达到300MPa以上。

通过对引入的非晶玻璃相的量的调控从而实现了对界面过渡层的厚度的控制，进一步改善了SiC增强铜基复合材料的性能，并且得到的SiC增强铜基复合材料具有热敏效应。优选的，所述非晶玻璃相的质量为Cu颗粒和SiC颗粒的总质量的3～10％。

通过对SiO₂与Cu₂O的质量的调控来优化形成的非晶玻璃相的结构，优选的非晶玻璃相中SiO₂与Cu₂O的质量比为8：92。

为提高SiC颗粒与Cu颗粒的匹配程度，所述SiC颗粒的平均粒径为1～5μm，Cu颗粒的平均粒径为1～2μm。

优选的，所述SiC颗粒与Cu颗粒的体积比为1：3。