本發(fā)明涉及銅基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

銅及其合金由于具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，優(yōu)良的鑄造性能和加工性能，已成為應(yīng)用廣泛的金屬材料，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)原材料。但銅和銅合金的強(qiáng)度低、耐熱性差、高溫下易軟化變形和耐磨性能較差，在一定程度上限制了其應(yīng)用發(fā)展。

高強(qiáng)度高導(dǎo)電率銅合金是一種重要的結(jié)構(gòu)功能材料，主要用作接觸線和集成電路引線框架材料等，尤其作為高強(qiáng)磁體線圈的繞組導(dǎo)線材料受到廣泛關(guān)注。作為高強(qiáng)磁場線圈繞組導(dǎo)線的材料必須同時具備高強(qiáng)度(≥1GPa)和高導(dǎo)電性(≥70％IACS，IACS表示國際退火銅標(biāo)準(zhǔn))。通常，隨著Ag含量增高，Cu-Ag合金的強(qiáng)度增加，但導(dǎo)電性下降；同時，高Ag含量使得合金成本大幅增加。低Ag含量的Cu-Ag合金成本低且具有較好的導(dǎo)電性，但強(qiáng)度往往較低，無法滿足要求。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對銅合金的性能提出了更高的要求，然而強(qiáng)度的增加往往伴隨導(dǎo)電性的降低，如何既可以提高銅基復(fù)合材料的強(qiáng)度，還能保證導(dǎo)電性成為目前的關(guān)鍵問題，為此我們提出了一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料及其制備方法，用來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明提出的一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料，包括以下重量百分比的原料：Al₂O₃1-3％、ZrO₂ 2-5％、TiN 4-9％、VN 6-8％、P 0.1-1％、Zn 1-2％、Ag 5-25％、余量為Cu。

優(yōu)選地，包括以下重量百分比的原料：Al₂O₃ 1.5-2.5％、ZrO₂ 3-4％、TiN 5-8％、VN 6.5-7.5％、P 0.4-0.6％、Zn 1.4-1.6％、Ag 10-20％、余量為Cu。

優(yōu)選地，包括以下重量百分比的原料：Al₂O₃ 2％、ZrO₂ 3.5％、TiN 6.5％、VN 7％、P 0.5％、Zn 1.5％、Ag 15％、余量為Cu。

本發(fā)明還提出了一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1，稱量：按照分量百分比稱取Al₂O₃、ZrO₂、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu，并分別用容器盛放；

S2，混合：將稱取后的Al₂O₃、ZrO₂、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu制成粉末，并依次放進(jìn)反應(yīng)釜中混合，充分?jǐn)嚢?0-20min，得到復(fù)合粉末；

S3，成型：將復(fù)合粉末放入已經(jīng)備好的模具中，并壓制成壓坯；

S4，燒結(jié)：將壓制好的壓坯采用熱等靜壓進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為800-950℃，施加壓力為1-4MPa，持續(xù)燒結(jié)1-3h，即可得到一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料。

優(yōu)選地，在燒結(jié)過程中，將壓制好的壓坯采用熱等靜壓進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900℃，施加壓力為3MPa，持續(xù)燒結(jié)2h，即可得到一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料。

本發(fā)明制備工藝簡單，成本低，周期短，TiN和VN熱穩(wěn)定性高，可用作高溫導(dǎo)電材料，增強(qiáng)了復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，在金屬銅中添加ZrO₂和Al₂O₃，能提高銅的強(qiáng)度、耐磨性及耐高溫性能，P可以防止脫氧以及防止氫脆，Zn可以防止在金屬機(jī)體和鍍層間出現(xiàn)脆性，本發(fā)明具有高強(qiáng)度和高導(dǎo)電的特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步解說。

實(shí)施例一

本發(fā)明提出的一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料，包括以下重量百分比的原料：Al₂O₃1％、ZrO₂ 2％、TiN 4％、VN 6％、P 0.1％、Zn 1％、Ag 5％、余量為Cu。

本發(fā)明還提出了一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1，稱量：按照分量百分比稱取Al₂O₃、ZrO₂、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu，并分別用容器盛放；

S2，混合：將稱取后的Al₂O₃、ZrO₂、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu制成粉末，并依次放進(jìn)反應(yīng)釜中混合，充分?jǐn)嚢?0min，得到復(fù)合粉末；

S3，成型：將復(fù)合粉末放入已經(jīng)備好的模具中，并壓制成壓坯；

S4，燒結(jié)：將壓制好的壓坯采用熱等靜壓進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為800℃，施加壓力為1MPa，持續(xù)燒結(jié)1h，即可得到一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料。

該實(shí)施例銅基復(fù)合材料的性能如下：常溫下的電導(dǎo)率為2.54MS/m，硬度HBW48，該復(fù)合材料在施加載荷為10N時的體積磨損率為3.1×10^-4mm³/Nm。

實(shí)施例二

本發(fā)明提出的一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料，包括以下重量百分比的原料：Al₂O₃1.5％、ZrO₂ 3％、TiN 5％、VN 6.5％、P 0.4％、Zn 1.4％、Ag 10％、余量為Cu。

本發(fā)明還提出了一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1，稱量：按照分量百分比稱取Al₂O₃、ZrO₂、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu，并分別用容器盛放；

S2，混合：將稱取后的Al₂O₃、ZrO₂、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu制成粉末，并依次放進(jìn)反應(yīng)釜中混合，充分?jǐn)嚢?2.5min，得到復(fù)合粉末；

S3，成型：將復(fù)合粉末放入已經(jīng)備好的模具中，并壓制成壓坯；

S4，燒結(jié)：將壓制好的壓坯采用熱等靜壓進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為825℃，施加壓力為1.5MPa，持續(xù)燒結(jié)1.5h，即可得到一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料。

該實(shí)施例銅基復(fù)合材料的性能如下：常溫下的電導(dǎo)率為1.83MS/m，硬度HBW49，該復(fù)合材料在施加載荷為10N時的體積磨損率為2.4×10^-4mm³/Nm。

實(shí)施例三

本發(fā)明提出的一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料，包括以下重量百分比的原料：Al₂O₃2％、ZrO₂ 3.5％、TiN 6.5％、VN 7％、P 0.5％、Zn 1.5％、Ag 15％、余量為Cu。

本發(fā)明還提出了一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1，稱量：按照分量百分比稱取Al₂O₃、ZrO₂、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu，并分別用容器盛放；

S2，混合：將稱取后的Al₂O₃、ZrO₂、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu制成粉末，并依次放進(jìn)反應(yīng)釜中混合，充分?jǐn)嚢?5min，得到復(fù)合粉末；

S3，成型：將復(fù)合粉末放入已經(jīng)備好的模具中，并壓制成壓坯；

S4，燒結(jié)：將壓制好的壓坯采用熱等靜壓進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900℃，施加壓力為2.5MPa，持續(xù)燒結(jié)2h，即可得到一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料。

該實(shí)施例銅基復(fù)合材料的性能如下：常溫下的電導(dǎo)率為7.83MS/m，硬度HBW65，該復(fù)合材料在施加載荷為10N時的體積磨損率為2.1×10^-4mm³/Nm。

實(shí)施例四

本發(fā)明提出的一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料，包括以下重量百分比的原料：Al₂O₃2.5％、ZrO₂ 4％、TiN 8％、VN 7.5％、P 0.6％、Zn 1.6％、Ag 20％、余量為Cu。

本發(fā)明還提出了一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1，稱量：按照分量百分比稱取Al₂O₃、ZrO₂、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu，并分別用容器盛放；

S2，混合：將稱取后的Al₂O₃、ZrO₂、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu制成粉末，并依次放進(jìn)反應(yīng)釜中混合，充分?jǐn)嚢?7.5min，得到復(fù)合粉末；

S3，成型：將復(fù)合粉末放入已經(jīng)備好的模具中，并壓制成壓坯；

S4，燒結(jié)：將壓制好的壓坯采用熱等靜壓進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為925℃，施加壓力為3.5MPa，持續(xù)燒結(jié)2.5h，即可得到一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料。

該實(shí)施例銅基復(fù)合材料的性能如下：常溫下的電導(dǎo)率為4.83MS/m，硬度HBW57，該復(fù)合材料在施加載荷為10N時的體積磨損率為2.5×10^-4mm³/Nm。

實(shí)施例五

本發(fā)明提出的一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料，包括以下重量百分比的原料：Al₂O₃3％、ZrO₂ 5％、TiN 9％、VN 8％、P 1％、Zn 1-2％、Ag 25％、余量為Cu。

本發(fā)明還提出了一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1，稱量：按照分量百分比稱取Al₂O₃、ZrO₂、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu，并分別用容器盛放；

S2，混合：將稱取后的Al₂O₃、ZrO₂、TiN、VN、P、Zn、Ag、Cu制成粉末，并依次放進(jìn)反應(yīng)釜中混合，充分?jǐn)嚢?0-20min，得到復(fù)合粉末；

S3，成型：將復(fù)合粉末放入已經(jīng)備好的模具中，并壓制成壓坯；

S4，燒結(jié)：將壓制好的壓坯采用熱等靜壓進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為950℃，施加壓力為4MPa，持續(xù)燒結(jié)3h，即可得到一種高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材料。

該實(shí)施例銅基復(fù)合材料的性能如下：常溫下的電導(dǎo)率為3.81MS/m，硬度HBW53，該復(fù)合材料在施加載荷為10N時的體積磨損率為2.7×10^-4mm³/Nm。

下表為各個實(shí)施例中復(fù)合材料的性能測試，以及普通復(fù)合材料的性能測試，結(jié)果如下表：

上表中可以得出，本發(fā)明具有高強(qiáng)度和高導(dǎo)電的特點(diǎn)。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。