[发明专利]一种纳米铜基复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米铜基复合材料的制备方法，属于铜基复合材料领域。该纳米铜基复合材料的制备方法包括：1)将纳米铜粉或纳米铜合金粉与增强相混匀，得到混合粉末；2)将混合粉末在压实过程中施加超声振动，得到高致密度压坯；3)将高致密度压坯在200‑400℃下烧结成形。该制备方法以纳米铜粉或纳米铜合金粉为基体原料，在粉末压实的过程中加入超声场，实现外场诱导粉体高致密化成形，获得高致密度压坯，高致密度压坯中颗粒之间的接触面积远大于常规压坯，进而可以在较低的温度下烧结成形，此时纳米颗粒之间的接触界面直接转化为晶界，避免高温烧结过程中的晶粒长大，最终实现较小晶粒和较高力学性能的铜基复合材料的制备。

技术领域

本发明属于铜基复合材料领域，具体涉及一种纳米铜基复合材料的制备方法。

背景技术

铜基复合材料是在铜及其合金中加入颗粒、晶须、纤维等增强相得到的复合材料。铜基复合材料在保持铜基体良好的导电、导热和易于加工性能的基础上，其室温强度、高温强度、耐磨性能等机械性能也得到提高。

铜基复合材料的制备工艺有粉末冶金法、热压法、真空铸造法、反应喷射沉积法等，粉末冶金法因具有原料混料均匀、烧结温度低、制备工艺简单等优点，已成为铜基复合材料的主要制备方法之一。如公布号为CN107557609A的中国专利申请公开了一种纳米氧化铝颗粒弥散强化的铜合金及其制备方法，该制备方法是以Cu-Al合金粉、氧化剂为原料，经氢气干燥、压制、致密化、精加工等工序制得铜基复合材料。

目前，现有的铜基复合材料，往往在硬度和韧性方面难以兼顾，在提高材料硬度的同时往往会损失韧性，这使铜基复合材料在特殊领域的使用寿命和应用效果受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米铜基复合材料的制备方法，以解决现有粉末冶金法制得的铜基复合材料，硬度和韧性难以兼顾的问题。

为实现上述目的，本发明的纳米铜基复合材料的制备方法的技术方案是：

一种纳米铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将纳米铜粉或纳米铜合金粉与增强相混匀，得到混合粉末；

2)将混合粉末在压实过程中施加超声振动，得到致密度为95％以上的高致密度压坯；

3)将高致密度压坯在200-400℃下烧结成形，即得。

现有粉末冶金法制备铜基复合材料的过程中，压坯和后续的高温烧结(通常在800℃以上)过程实现了材料的高致密化和粉末之间的良好结合。但问题在于材料的硬度和韧性难以得到兼顾。

本发明提供的纳米铜基复合材料的制备方法，主要以构建纳米晶粒(为以纳米晶粒为主)作为复合材料基体，基体的晶粒尺寸为不大于1μm的纳米级或亚微米级，这些细小的基体晶粒具有细晶强化作用，而且材料内细小、众多的晶界可以有效抑制晶粒之间的位错、滑移，可以在改善复合材料硬度的同时，使韧性也得到一定程度的改善。

以纳米铜粉或纳米铜合金粉为基体原料，在粉末压实的过程中加入超声场，实现外场诱导粉体高致密化成形，通过控制压坯的致密度和烧结成形的温度，使纳米颗粒之间的接触界面直接转化为晶界，避免高温烧结过程中的晶粒长大，最终实现较小晶粒和较高力学性能的铜基复合材料的制备。

粉末超声振动压坯所采用的设备可采用现有设备，在粉末压制过程中施加超声振动，可使粉末表现出使得粉末表现出体积效应和表面效应，在粉末本身的动态变形阻力降低的同时，消减粉体颗粒间以及粉体颗粒与模壁之间的摩擦。超声振动压制不仅可以有效提高压坯的密度和硬度，同时还提高粉体压坯的均匀性，获得高致密度压坯。