一種溶膠法制備納米氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種溶膠法制備納米氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的方法，屬于復(fù)合材料的制備領(lǐng)域。其以銅、鋁的可溶性鹽類或者加配碳納米管為原料配置成溶膠，將溶膠在噴霧干燥劑下噴霧造粒得到納米級(jí)別的混合粉末，將混合粉末在無(wú)氧氣氛500℃~700℃下煅燒得到黑色粉體，將黑色粉體在氫氣氣氛300℃~600℃下還原得到納米氧化鋁/碳納米管和銅的復(fù)合粉末，將復(fù)合粉末等靜壓成型后在氫氣氣氛，800℃~1100℃下燒結(jié)，得到納米氧化鋁在0.1~3wt%的彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料。本方法可獲得致密化程度高、彌散相分布均勻的銅基復(fù)合材料，且工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高，可用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】一種溶膠法制備納米氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種溶膠法制備納米氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在銅基體中添加增強(qiáng)體來(lái)制備出銅基復(fù)合材料既保持了銅的高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性及良好的延展性等優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了銅的硬度和屈服強(qiáng)度較低、抗熔焊性差等不足，使得銅基復(fù)合材料在電力、電工、機(jī)械制造等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]為了提高銅基復(fù)合材料的室溫和高溫下的力學(xué)性能，同時(shí)保留銅材料本身的優(yōu)異物理性能，銅基體中引入的增強(qiáng)體必須在高溫下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在銅基復(fù)合材料的制備和使用過(guò)程中無(wú)明顯的結(jié)構(gòu)和性能變化。目前，常見(jiàn)的增強(qiáng)體材料有:①氧化鋁纖維、碳纖維或硼纖維等纖維類增強(qiáng)體氧化物(A1203、BeO2)晶須、非氧化物(SiC、N4)晶須和金屬(如Cu、Fe、N1、Cr等)晶須等晶須類增強(qiáng)體氧化物、碳化物、氮化物、硼化物(如A1203、ZrO2, SiC、WC、TiC、AlN、Si3N4, TiB2等)陶瓷類顆粒增強(qiáng)體和石墨、金屬間化合物(FeAUMoSi2等顆粒)、金屬材料(W、Mo等)顆粒類增強(qiáng)體。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外商業(yè)化生產(chǎn)銅基復(fù)合材料最為普遍的是氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料，其工藝主要是采用內(nèi)氧法和機(jī)械合金化法。然而內(nèi)氧法由于其工藝復(fù)雜，周期長(zhǎng)，成本高，氧氣量和氧化時(shí)間難以控制，對(duì)設(shè)備和工藝控制要求極為嚴(yán)格，同時(shí)滯留在銅基復(fù)合材料內(nèi)部的氧化劑難以完全消除，容易造成裂紋、空洞、雜質(zhì)等組織缺陷對(duì)材料的性能產(chǎn)生一定的影響。機(jī)械合金化法則由于強(qiáng)化相粒度不夠細(xì)、粒徑分布廣、雜質(zhì)容易混入、難以混合均勻等缺點(diǎn)而受到限制。
[0005]同時(shí)，碳納米管由于其特殊的結(jié)構(gòu)而成為銅基復(fù)合材料的一種理想增強(qiáng)體，但碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料中仍然存在著許多問(wèn)題，其中最主要的是分散均勻性問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種能獲得彌散相粒徑小，大小均勻，分布狀態(tài)最佳的納米氧化鋁增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，可制造出彌散相均勻分布，綜合性能優(yōu)異的納米級(jí)銅基復(fù)合材料，同時(shí)，能有效解決碳納米管在銅基復(fù)合材料中的均勻分散性問(wèn)題。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種溶膠法制備納米氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的方法，其具體步驟如下:
(1)將銅離子Cu2+和鋁離子Al3+的可溶性鹽溶液按照0.r3wt%氧化鋁A1203、95^99.9%wt銅Cu 的比例添加到去離子水中配置成相應(yīng)的混合溶液；
(2)將(T2wt%混酸純化處理后的碳納米管CNTs添加到步驟(1)的混合溶液中，超聲處理0.5~3小時(shí)，獲得溶膠；
(3)將步驟(2)的溶膠在噴霧干燥機(jī)下進(jìn)行噴霧造粒，獲得納米級(jí)別的混合粉末；(4)將步驟(3)得到的混合粉末在無(wú)氧氣氛，500°C~700°C溫度下煅燒，煅燒時(shí)間為
0.5^3小時(shí)得到黑色粉體；
(5)將煅燒后的黑色粉體在氫氣氣氛，300°C飛00°C溫度下還原，還原時(shí)間為2飛小時(shí)，得到納米氧化鋁和銅或者納米氧化鋁、碳納米管和銅的復(fù)合粉末；
(6)將步驟(5)得到的復(fù)合粉末在IOOlOOMPa壓力下進(jìn)行等靜壓壓制，保壓時(shí)間為2~10分鐘，得到壓坯；
(7)將步驟(6)獲得的壓坯在氫氣氣氛，800°C~1100°C溫度下燒結(jié)廣3小時(shí)，得到納米氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料。
[0008]所述的銅離子Cu2+或鋁離子Al3+的可溶性鹽類為氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽中的一種或兩種或多種。
[0009]所述的(T2wt%混酸純化處理后的碳納米管CNTs為CNTs經(jīng)體積比H2SO4 =HNO3為1:3的混酸純化，再經(jīng)洗滌、過(guò)濾、干燥處理。
[0010]所述碳納米管的平均直徑為4(T60nm，平均長(zhǎng)度為5~15 μ m。
[0011]采用上述方案后，本發(fā)明以銅、鋁的可溶性鹽類為原料，或者可進(jìn)一步添加碳納米管，并按照溶膠制備一噴霧造粒一煅燒一還原一壓制成型一氣氛燒結(jié)一得到納米氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的工藝流程，可以制得綜合性能優(yōu)異的銅基復(fù)合材料。
[0012]具體而言，本發(fā)明的有益效果在于:(1)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高，可用于工業(yè)化生產(chǎn)；(2)可獲得致密化程度高且彌散相分布均勻的銅基復(fù)合材料；(3)產(chǎn)品無(wú)需進(jìn)行擠壓，即可獲得良好的綜合性能。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0014]對(duì)原材料的化學(xué)成分要求如下:
【權(quán)利要求】
1.一種溶膠法制備納米氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的方法，其特征在于具體步驟如下: (1)將銅離子Cu2+和鋁離子Al3+的可溶性鹽溶液按照0.r3wt%氧化鋁A1203、95^99.9%wt銅Cu的比例添加到去離子水中配置成相應(yīng)的混合溶液； (2)將(T2wt%混酸純化處理后的碳納米管CNTs添加到步驟(1)的混合溶液中，超聲處理0.5~3小時(shí)，獲得溶膠； (3)將步驟(2)的溶膠在噴霧干燥機(jī)下進(jìn)行噴霧造粒，獲得納米級(jí)別的混合粉末； (4)將步驟(3)得到的混合粉末在無(wú)氧氣氛，500°C~700°C溫度下煅燒，煅燒時(shí)間為0.5^3小時(shí)得到黑色粉體； (5)將煅燒后的黑色粉體在氫氣氣氛，300°C飛00°C溫度下還原，還原時(shí)間為2飛小時(shí)，得到納米氧化鋁和銅或者納米氧化鋁、碳納米管和銅的復(fù)合粉末； (6)將步驟(5)得到的復(fù)合粉末在IOOlOOMPa壓力下進(jìn)行等靜壓壓制，保壓時(shí)間為2~10分鐘，得到壓坯； (7)將步驟(6)獲得的壓坯在氫氣氣氛，800°C~1100°C溫度下燒結(jié)廣3小時(shí)，得到納米氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶膠法制備納米氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的方法，其特征在于:所述的銅離子Cu2+或鋁離子Al3+的可溶性鹽類為氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽中的一種或兩種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶膠法制備納米氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的方法，其特征在于:所述的(T2wt%混酸純化處理后的碳納米管CNTs為CNTs經(jīng)體積比H2SO4 =HNO3為1:3的混酸純化，再經(jīng)洗滌、過(guò)濾、干燥處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶膠法制備納米氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的方法，其特征在于:所述碳納米管的平均直徑為4(T60nm，平均長(zhǎng)度為5~15μπι。
【文檔編號(hào)】C22C9/00GK103981381SQ201410204867
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】許龍山, 吳玉蓉, 胡柏新, 陳鵬昇, 鄭雯穎 申請(qǐng)人:廈門(mén)理工學(xué)院