一種氧化鋁彌散銅復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氧化鋁彌散銅復(fù)合材料的制備方法，所述氧化鋁彌散復(fù)合材料按重量百分比由如下組分構(gòu)成：Al2O3：18.6~23.4%，MgO：1.6~2.1%，SiC：0.6~1.1%，余量為Cu；經(jīng)過配料、球磨、壓制、燒結(jié)和熱處理得到，所述熱處理方法包括：預(yù)熱處理、調(diào)整處理、冷凍處理、時(shí)效處理、淬火處理、第二次時(shí)效處理、第二次冷凍處理、第二次調(diào)整處理以及研磨處理，從而使得該復(fù)合材料強(qiáng)度得到大幅增強(qiáng)。
【專利說明】一種氧化鋁彌散銅復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，特別是涉及一種氧化鋁彌散銅復(fù)合材料的制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]氧化鋁彌散銅基復(fù)合材料因?yàn)榫哂袃?yōu)良的物理性能和力學(xué)性能以及高溫抗軟化性能，被應(yīng)用于集成電路引線框架、高速電氣化鐵路架空線和彩管行業(yè)中的電阻焊電極、大推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)襯等高新【技術(shù)領(lǐng)域】，是電子信息、能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵材料。近十年來隨著汽車、信息和微電子產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，并以其優(yōu)良的性能顯示出其不可替代性。銅及銅合金具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，但其室溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度均較低且耐磨性較差，為了改善其這一缺點(diǎn)，通過向銅基材料中加入氧化物顆粒作為增強(qiáng)相，并使其細(xì)小均勻地彌散分布在銅基體中，從而提高銅基復(fù)合材料的力學(xué)性能及高溫抗軟化能力，同時(shí)又不降低其導(dǎo)電性或降低不多，這是目前高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)化的方向。氧化鋁彌散強(qiáng)化銅是向銅基體中引入細(xì)小均勻彌散分布的氧化鋁顆粒作為增強(qiáng)相，強(qiáng)化銅基體的復(fù)合材料。但是其強(qiáng)度依然達(dá)不到很多苛刻的應(yīng)用環(huán)境，急需開發(fā)出一種強(qiáng)度大幅改善，同時(shí)導(dǎo)電率也趨于合理的復(fù)合材料。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的之一在于提出一種氧化鋁彌散銅復(fù)合材料的制備方法；
本發(fā)明的目的之二在于提出一種高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料；
為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種氧化鋁彌散銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料按重量百分比由如下組分構(gòu)成=Al2O3:18.6~23.4%，MgO:1.6~2.1%，SiC:0.6~1.1%，余量為Cu ；
所述高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟:
a)將A1203、MgO,SiC和Cu粉末進(jìn)行配料，粉末粒徑為100-200目，加入重量百分比為
0.1-1.0%的潤(rùn)滑劑，然后進(jìn)行球磨混合，球磨時(shí)間為擴(kuò)11小時(shí)；
b)在612~680MPa的壓力下進(jìn)行壓制；
c)在溫度為1288~1320°C進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為2.8^4.6小時(shí)；
d)熱處理；
所述熱處理方法包括如下步驟:
O預(yù)熱處理:將所述以銅為基的氧化鋁彌散復(fù)合材料置于加熱爐內(nèi)，在51(T60(TC的溫度下預(yù)熱廣2.2小時(shí)；
2)調(diào)整處理:將預(yù)熱處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料升溫到73(T80(TC，保溫0.8^1.5小時(shí)；
3)冷凍處理:將調(diào)整處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料迅速放入冷凍箱，在-8(T-92°C的溫度下保溫3~5.2小時(shí)；
4)時(shí)效處理:將冷凍處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料升溫到18(T210°C，保溫30-36小
時(shí)；
5)淬火處理:將時(shí)效處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料置于鹽浴爐中，加熱到800^820 0C,保溫20-32分鐘，將材料去除，迅速放入有機(jī)淬火液中，待材料溫度降至16(T18(TC時(shí)取出，用水沖洗干凈，去除表面的殘留的鹽分和淬火液；
6)第二次時(shí)效處理:將淬火之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入時(shí)效處理爐中，升溫到220~240°C，保溫18~22小時(shí)；
7 )第二次冷凍處理:將時(shí)效處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入冷凍箱，在-78'88°C的溫度下保溫2.2^3.8小時(shí)；
8)第二次調(diào)整處理:將經(jīng)過第二次冷凍處理的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入加熱保溫箱中，升溫到110~123°C，保溫7.8~8.6小時(shí)；
9)研磨處理:經(jīng)過常規(guī)研磨處理之后，得到高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料。
[0005]作為優(yōu)選，在步驟8)和步驟9)之間還存在:8.1)氣體滲氮步驟:滲氮溫度為530~560°C，時(shí)間為5.8~7.2小時(shí)。
[0006]作為優(yōu)選，所述高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料按重量百分比由如下組分構(gòu)成=Al2O3:19.6~19.8%, MgO:1.9~2.0%, SiC:0.8~1.0%，余量為 Cu。
[0007]作為優(yōu)選，所述高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料按重量百分比由如下組分構(gòu)成=Al2O3:19.7%, MgO:1.95%, SiC:0.9%，余量為 Cu。
[0008]作為優(yōu)選，所述熱處理方法包括如下步驟:
O預(yù)熱處理:將所述以銅為基的氧化鋁彌散復(fù)合材料置于加熱爐內(nèi)，在580°C的溫度下預(yù)熱1.6小時(shí)；
2)調(diào)整處理:將預(yù)熱處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料升溫到792°C，保溫1.0小時(shí)；
3)冷凍處理:將調(diào)整處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料迅速放入冷凍箱，在_88°C的溫度下保溫3.9小時(shí)；
4)時(shí)效處理:將冷凍處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料升溫到196°C，保溫34小時(shí)；
5)淬火處理:將時(shí)效處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料置于鹽浴爐中，加熱到815°C，保溫26分鐘，將材料去除，迅速放入有機(jī)淬火液中，待材料溫度降至171°C時(shí)取出，用水沖洗干凈，去除表面的殘留的鹽分和淬火液；
6)第二次時(shí)效處理:將淬火之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入時(shí)效處理爐中，升溫到230°C，保溫19小時(shí)；
7)第二次冷凍處理:將時(shí)效處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入冷凍箱，在_80°C的溫度下保溫2.9小時(shí)；
8)第二次調(diào)整處理:將經(jīng)過第二次冷凍處理的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入加熱保溫箱中，升溫到119°C，保溫8.2小時(shí)；
9)研磨處理:經(jīng)過常規(guī)研磨處理之后，得到高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料。
[0009]一種氧化鋁彌散銅復(fù)合材料，采用前述制備方法制得。
[0010]本發(fā)明的效果在于:
通過合理選取復(fù)合材料的具體組成與制備方法的設(shè)定，使得復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電率得到大幅增加；
通過合理設(shè)定熱處理各個(gè)步驟，使得氧化鋁非常均勻的彌散在銅基中；
通過在氧化鋁彌散銅復(fù)合材料中添加MgO和微量增強(qiáng)相SiC，使得抗拉強(qiáng)度得到大幅增加；
冷凍處理的合理設(shè)定，使得材料的綜合性能得到大幅增加。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例1
一種氧化鋁彌散銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料按重量百分比由如下組分構(gòu)成=Al2O3:19.8%，MgO:1.9%，SiC:0.9%，余量為Cu ；
所述高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟:
a)將Al203、Mg0、SiC和Cu粉末進(jìn)行配料，粉末粒徑為180目，加入重量百分比為0.15%的潤(rùn)滑劑，然后進(jìn)行球磨混合，球磨時(shí)間為10小時(shí)；
b)在628MPa的壓力下進(jìn)行壓制；
c)在溫度為1296°C進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為4.0小時(shí)；
d)熱處理；
所述熱處理方法包括如下步驟:
O預(yù)熱處理:將所述以銅為基的氧化鋁彌散復(fù)合材料置于加熱爐內(nèi)，在580°C的溫度下預(yù)熱1.9小時(shí)；
2)調(diào)整處理:將預(yù)熱處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料升溫到780°C，保溫1.2小時(shí)；
3)冷凍處理:將調(diào)整處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料迅速放入冷凍箱，在-89°C的溫度下保溫3.87小時(shí)；
4)時(shí)效處理:將冷凍處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料升溫到192°C，保溫34小時(shí)；
5)淬火處理:將時(shí)效處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料置于鹽浴爐中，加熱到810°C，保溫29分鐘，將材料去除，迅速放入有機(jī)淬火液中，待材料溫度降至172°C時(shí)取出，用水沖洗干凈，去除表面的殘留的鹽分和淬火液；
6)第二次時(shí)效處理:將淬火之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入時(shí)效處理爐中，升溫到235°C，保溫19小時(shí)；
7)第二次冷凍處理:將時(shí)效處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入冷凍箱，在_79°C的溫度下保溫2.9小時(shí)；
8)第二次調(diào)整處理:將經(jīng)過第二次冷凍處理的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入加熱保溫箱中，升溫到119°C，保溫8.1小時(shí)；
8.1)氣體滲氮步驟:滲氮溫度為560°C，時(shí)間為6.0小時(shí)；
9)研磨處理:經(jīng)過常規(guī)研磨處理之后，得到高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料。
[0012]經(jīng)過熱處理的高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度為580N/mm2，軟化溫度高于690 °C，導(dǎo)電率為 89%IACS。
[0013]實(shí)施例2:
一種氧化鋁彌散銅復(fù)合材料的制備方法，所述高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料按重量百分比由如下組分構(gòu)成:A1203:21.1%，MgO:1.95%，SiC:0.96%，余量為 Cu ；所述高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟:
a) 將Al203、Mg0、SiC和Cu粉末進(jìn)行配料，粉末粒徑為160目，加入重量百分比為0.25%的潤(rùn)滑劑，然后進(jìn)行球磨混合，球磨時(shí)間為11小時(shí)；
b)在638MPa的壓力下進(jìn)行壓制；
c)在溫度為1310°C進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為3.1小時(shí)；
d)熱處理；
所述熱處理方法包括如下步驟:
O預(yù)熱處理:將所述以銅為基的氧化鋁彌散復(fù)合材料置于加熱爐內(nèi)，在580°C的溫度下預(yù)熱1.6小時(shí)；
2)調(diào)整處理:將預(yù)熱處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料升溫到792°C，保溫1.0小時(shí)；
3)冷凍處理:將調(diào)整處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料迅速放入冷凍箱，在_88°C的溫度下保溫3.9小時(shí)；
4)時(shí)效處理:將冷凍處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料升溫到196°C，保溫34小時(shí)；
5)淬火處理:將時(shí)效處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料置于鹽浴爐中，加熱到815°C，保溫26分鐘，將材料去除，迅速放入有機(jī)淬火液中，待材料溫度降至171°C時(shí)取出，用水沖洗干凈，去除表面的殘留的鹽分和淬火液；
6)第二次時(shí)效處理:將淬火之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入時(shí)效處理爐中，升溫到230°C，保溫19小時(shí)；
7)第二次冷凍處理:將時(shí)效處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入冷凍箱，在_80°C的溫度下保溫2.9小時(shí)；
8)第二次調(diào)整處理:將經(jīng)過第二次冷凍處理的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入加熱保溫箱中，升溫到119°C，保溫8.2小時(shí)；
8.1)氣體滲氮步驟:滲氮溫度為566°C，時(shí)間為6.8小時(shí)；
9)研磨處理:經(jīng)過常規(guī)研磨處理之后，得到高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料。
[0014]經(jīng)過熱處理的高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度為611N/mm2，軟化溫度高于615 °C，導(dǎo)電率為 93%IACS。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化鋁彌散銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料按重量百分比由如下組分構(gòu)成=Al2O3:18.6~23.4%，MgO:1.6~2.1%，SiC:0.6~1.1%，余量為Cu ； 所述高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟: a)將A1203、MgO,SiC和Cu粉末進(jìn)行配料，粉末粒徑為100-200目，加入重量百分比為0.1-1.0%的潤(rùn)滑劑，然后進(jìn)行球磨混合，球磨時(shí)間為擴(kuò)11小時(shí)； b)在612~680MPa的壓力下進(jìn)行壓制； c)在溫度為1288~1320°C進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為2.8^4.6小時(shí)； d)熱處理； 所述熱處理方法包括如下步驟: O預(yù)熱處理:將所述以銅為基的氧化鋁彌散復(fù)合材料置于加熱爐內(nèi)，在51(T60(TC的溫度下預(yù)熱廣2.2小時(shí)； 2)調(diào)整處理:將預(yù)熱處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料升溫到73(T80(TC，保溫0.8^1.5小時(shí)； 3)冷凍處理:將調(diào)整處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料迅速放入冷凍箱，在-8(T-92°C的溫度下保溫3~5.2小時(shí)； 4)時(shí)效處理:將冷凍處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料升溫到18(T210°C，保溫30-36小時(shí)； 5)淬火處理:將時(shí)效處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料置于鹽浴爐中，加熱到800^820 0C,保溫20-32分鐘，將材料去除，迅速放入有機(jī)淬火液中，待材料溫度降至16(T18(TC時(shí)取出，用水沖洗干凈，去除表面的殘留的鹽分和淬火液； 6)第二次時(shí)效處理:將淬火之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入時(shí)效處理爐中，升溫到220~240°C，保溫18~22小時(shí)； 7 )第二次冷凍處理:將時(shí)效處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入冷凍箱，在-78'88°C的溫度下保溫2.2^3.8小時(shí)； 8)第二次調(diào)整處理:將經(jīng)過第二次冷凍處理的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入加熱保溫箱中，升溫到110~123°C，保溫7.8~8.6小時(shí)； 9)研磨處理:經(jīng)過常規(guī)研磨處理之后，得到高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧化鋁彌散銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在步驟8)和步驟9)之間還存在:8.1)氣體滲氮步驟:滲氮溫度為53(T560°C，時(shí)間為5.8^7.2小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述氧化鋁彌散銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料按重量百分比由如下組分構(gòu)成=Al2O3:19.6^19.8%，MgO:1.9^2.0%，SiC:0.8~1.0%，余量為 Cu。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述氧化鋁彌散銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料按重量百分比由如下組分構(gòu)成=Al2O3:19.7%，MgO:1.95%，SiC:0.9%，余量為Cu。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述氧化鋁彌散銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述熱處理方法包括如下步驟: O預(yù)熱處理:將所述以銅為基的氧化鋁彌散復(fù)合材料置于加熱爐內(nèi)，在580°C的溫度下預(yù)熱1.6小時(shí)； 2)調(diào)整處理:將預(yù)熱處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料升溫到792°C，保溫1.0小時(shí)； 3)冷凍處理:將調(diào)整處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料迅速放入冷凍箱，在_88°C的溫度下保溫3.9小時(shí)； 4)時(shí)效處理:將冷凍處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料升溫到196°C，保溫34小時(shí)； 5)淬火處理:將時(shí)效處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料置于鹽浴爐中，加熱到815°C，保溫26分鐘，將材料去除，迅速放入有機(jī)淬火液中，待材料溫度降至171°C時(shí)取出，用水沖洗干凈，去除表面的殘留的鹽分和淬火液； 6)第二次時(shí)效處理:將淬火之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入時(shí)效處理爐中，升溫到230°C，保溫19小時(shí)； 7)第二次冷凍處理:將時(shí)效處理之后的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入冷凍箱，在_80°C的溫度下保溫2.9小時(shí)； 8)第二次調(diào)整處理:將經(jīng)過第二次冷凍處理的氧化鋁彌散復(fù)合材料放入加熱保溫箱中，升溫到119°C ，保溫8.2小時(shí)； 9)研磨處理:經(jīng)過常規(guī)研磨處理之后，得到高強(qiáng)度氧化鋁彌散復(fù)合材料。
6.一種氧化鋁彌散銅復(fù)合材料，其特征在于，采用權(quán)利要求1-5所述制備方法制得。
【文檔編號(hào)】C22C9/00GK103993196SQ201410256434
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】胡賢晨 申請(qǐng)人:胡賢晨