[发明专利]一种氧化物陶瓷粒子增强Cu基复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种氧化物陶瓷粒子增强Cu基复合材料及其制备方法。本发明属于复合材料领域，以硝酸铝(或硝酸锆)、硝酸铜和偏钨酸铵为原料，分别配制成一定浓度溶液并混合均匀，采用旋风式喷雾干燥法制取复合粉末前驱体，经焙烧得到Al₂O₃‑WO₃‑CuO混合粉末；再将Al₂O₃‑WO₃‑CuO经高纯氢气还原后得到Al₂O₃掺杂铜钨复合粉末，将复合粉末直接经真空热压烧结制备出Al₂O₃陶瓷粒子增强Cu基复合材料，其中也可用ZrO₂‑WO₃‑CuO混合粉末以得到ZrO₂，其效果与Al₂O₃效果相同。本发明工艺过程简单，所制备的Al₂O₃陶瓷粒子增强Cu基复合材料成分均匀，晶粒细小均匀，杂质含量极低，综合性能指标良好，可以用于受电、高温、磨损和腐蚀交互作用的苛刻工况，且适合大规模工业化生产，具有广阔工业应用前景。

技术领域

本发明属于金属及其复合材料领域，具体涉及一种氧化物陶瓷粒子增强Cu基复合材料的制备方法。

背景技术

金属铜(Cu)是人类最早使用的金属之一，其具有导热性和导电性高、延展性好、耐腐蚀性好、成形加工性优异等突出特点，从而广泛应用于电缆和电气、电子元件、军工破甲武器、电磁炮轨道等领域。然而，随着科技发展日新月异，金属铜的使用范围越来越广，相应对其使用要求越来越高。单一金属铜已难以满足人类的发展需求，在此背景下，各种各样的铜合金或铜基复合材料应运而生。在实际工况中，各种因素交互作用，对材料的服役性能要求非常高，比如受电、磨损、腐蚀和核辐射交互作用的苛刻工况，要求材料具有良好的综合性能，如导电性好、强度高、硬度高、耐磨损、耐腐蚀等，实现结构与功能的一体化，而现有材料难以满足要求。

铜钨合金兼具金属钨的高熔点、高密度、高强度和金属铜的高导电导热、优异的耐电弧烧蚀等特点，从而军工、电子、航空航天、机械等工程领域得到了广泛应用。但目前研究和应用的大多是高钨型铜钨合金(W含量大于50％)，对高铜型铜钨合金(Cu含量大于50％)研究较少。科技发展日新月异，对高铜型铜钨合金的应用需求越来越强烈。近年来，陶瓷颗粒尤其是氧化物陶瓷粒子增强铜钨复合材料因拥有一系列优异性能成为研究热点之一。

由于Cu、W元素之间的性能差异较大，使得两种粉末冶金法烧结过程中存在互不相溶或溶解度很弱的现象，造成合金的烧结性能很差，如晶粒粗大、致密度很低等，极大地限制了Cu-W合金的应用范围。目前，国内外对高钨含量Cu-W合金的研究较多，其制备方法主要有熔渗法和高温液相烧结法。但这两种制备方法在制备高铜含量Cu-W合金方面很难实施。原因在于，第一，因为W含量少很难形成W骨架，第二，由于Cu含量高，一旦形成液相试样将会坍塌。因此，为制备高性能氧化物陶瓷粒子增强铜钨复合材料，需探索新的制备工艺。

发明内容

鉴于现有技术中所存在的问题，本发明公开了一种氧化物陶瓷粒子增强Cu基复合材料及其制备方法，采用的技术方案是，具体方法为：

步骤一、选用纯度大于99.99％的硝酸铜粉末、偏钨酸铵粉末和硝酸铝粉末为原料，按Cu：W：Al₂O₃重量比控制在(77～94.95)：(5～20)：(0.05～3)计算出所需硝酸铜粉末、偏钨酸铵粉末和硝酸铝粉末，采用高精天平称重后，备用；

步骤二、分别将步骤一所称取的硝酸铝、硝酸铜和偏钨酸铵粉末，缓慢加入到预先加有去离子水的3个烧杯中，然后将烧杯放入超声波震荡器进行超声震荡，同时启动电动搅拌器，选用搅拌棒的材料为聚四氟乙烯，进行慢速搅拌，制备出偏钨酸铵溶液A、硝酸铝溶液B、硝酸铜溶液C，备用；

步骤三、将步骤二中所配制的偏钨酸铵溶液A和硝酸铝溶液B依次缓慢倒入硝酸铜溶液C中，同时进行超声震荡和电动搅拌，得到混合溶液；