三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料，是以Cu粉、Ti粉、B粉为原料经机械混粉、冷压成型、热压烧结得到的TiB2为增强相的复合材料，TiB2增强相呈现连续的三维网络结构。本发明专利技术还公开了上述复合材料的制备方法。本发明专利技术三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料，TiB2增强相呈现连续的三维网络结构，一方面这种结构的增强体保证了复合材料的强度；另一方面，减少了TiB2与Cu基体之间的相界面面积，降低了复合材料相界面电阻，使复合材料具有较高的导电率，从而在一定程度上缓解了铜基复合材料强度和导电率的矛盾。

The three-dimensional network structure of TiB2 reinforced copper matrix composite material and preparation method thereof

The invention discloses a three-dimensional network structure of TiB2 reinforced copper matrix composites, with Cu powder, Ti powder, B powder was prepared by mechanical mixing, cold pressing, hot pressing and sintering the TiB2 reinforced composite phase, TiB2 phase showed a continuous network structure. The invention also discloses a preparation method of the composite material. The invention of three-dimensional network structure of TiB2 reinforced copper matrix composites, TiB2 phase showed a continuous network structure, enhance the body to ensure the strength of the composite material on the structure; on the other hand, reduce the interfacial area between TiB2 and Cu matrix composites, reduces the interface resistance, the conductive composite material the rate is high, so as to ease the contradiction between copper composite strength and conductivity to some extent.

【技术实现步骤摘要】
三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料及其制备方法
本专利技术属于金属基复合材料
，具体涉及一种三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料，本专利技术还涉及上述复合材料的制备方法。
技术介绍
金属基复合材料的性能不仅取决于基体和增强体的种类和配比，更取决于增强体在基体中的空间分布状态。例如，三维网络结构增强体在金属颗粒边界呈现连续聚集的分布状态，且增强体与基体的界面结合性良好，从而可获得综合性能优异的复合材料。近年来该结构受到广泛关注，并已在钛基和铝基等材料中得到较多应用。与其它金属基复合材料不同，铜基复合材料的导电率是衡量复合材料综合性能的一个重要指标，如何兼顾材料的导电性与强度是制备铜基复合材料时面临的首要问题。现有TiB2/Cu复合材料制备技术中，一般要求TiB2增强体呈均匀弥散分布。虽然该分布状态对复合材料力学性能有利，但是细小弥散的TiB2增强体颗粒会在铜基体中引入更多缺陷，造成复合材料导电率显著下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种三维网络结构二硼化钛增强的铜基复合材料，在提高复合材料力学性能的同时，保证其具有较高的导电率。本专利技术的另一目的是提供上述复合材料的制备方法。本专利技术所采用的技术方案是，三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料，是以Cu粉、Ti粉、B粉为原料经机械混粉、冷压成型、热压烧结得到的TiB2为增强相的复合材料，TiB2增强相呈现连续的三维网络结构。本专利技术特点还在于，Cu粉、Ti粉、B粉的质量比为95～97:2.07～3.44:0.93～1.56。Cu粉粒度大于Ti粉粒度。本专利技术所采用的另一技术方案是，三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，机械混粉：称取Cu粉、Ti粉、B粉，机械混合均匀；步骤2，冷压成型：将步骤1混合均匀的粉末冷压成型，得到压坯。步骤3，热压烧结：将步骤2得到的压坯放入石墨坩埚中在近铜熔点温度下加压烧结，即制得TiB2增强铜基复合材料。本专利技术特点还在于，步骤1中Cu粉、Ti粉、B粉的质量比为95～97:2.07～3.44:0.93～1.56。步骤1中机械混合采用振动式混粉机，混粉过程中振动频率为30～60Hz，混粉时间为4～10h，粉末质量是所用磨球质量的2～4倍。步骤1中Cu粉形貌为球形，粒度为50～100μm；Ti粉粒度为1～10μm；B粉平均粒度为500nm。步骤2中压制压力为300～400Mpa，压制时间为25～35s。步骤3具体为：将装有压坯的石墨坩埚放入烧结炉内部中心位置，烧结过程中通入氮气，首先以20℃/min的速度升温至880～920℃，保温30min，随后再以10℃/min升温至1000～1060℃，在25～31Mpa的压力下保温1～2h，随炉冷却至室温。本专利技术的有益效果是，本专利技术三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料，TiB2增强相呈现连续的三维网络结构，一方面这种结构的增强体保证了复合材料的强度；另一方面，减少了TiB2与Cu基体之间的相界面面积，降低了复合材料相界面电阻，使复合材料具有较高的导电率，从而在一定程度上缓解了铜基复合材料强度和导电率的矛盾。附图说明图1是本专利技术实施例1制得的复合材料的微观组织照片；图2是本专利技术实施例2制得的复合材料的微观组织照片；图3是对比例中制得的复合材料的微观组织照片。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料，是以Cu粉、Ti粉、B粉为原料经机械混粉、冷压成型、热压烧结得到的TiB2为增强相的复合材料，TiB2增强相呈现连续的三维网络结构。上述三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，机械混粉：按照Cu粉、Ti粉、B粉的质量比为(95～97):(2.07～3.44):(0.93～1.56)的比例称取原始粉末，并将粉末放入振动式混粉机中进行机械混粉，机械混粉过程中振动频率为30Hz～60Hz，混粉时间为4～10h，粉末质量是所用磨球质量的2～4倍。其中Cu粉形貌为球形，粒度为50～100μm；Ti粉粒度为1～10μm；B粉平均粒度为500nm。步骤2，冷压成型：将步骤1混合均匀的粉末装入不锈钢模具中，采用液压机在300～400Mpa压制25～35s，冷压成型，得到压坯。步骤3，热压烧结：将步骤2得到的压坯放入石墨坩埚中进行热压烧结，即制得TiB2增强铜基复合材料，具体为：将装有压坯的石墨坩埚放入烧结炉内部中心位置，烧结过程中通入氮气，首先以20℃/min的速度升温至880～920℃，保温30min，随后再以10℃/min升温至1000～1060℃，在25～31Mpa的压力下保温1～2h，然后关闭电源，随炉冷却至室温。实施例1将50μm的球形Cu粉、1μm的Ti粉和B粉按照质量比为97:2.07:0.93来称取初始粉末，将混合粉末在振动式混粉机中进行机械混合，机械混粉过程中振动频率为50Hz，混粉时间为4h，粉末质量是所用磨球质量的4倍；称取所需质量的混合粉末，在液压机上进行冷压成型，压力为400Mpa，保压30秒，获得粉末压坯；将压坯放入石墨坩埚中，坩埚放入烧结炉内部中心位置，整个烧结过程需通入氮气。首先以20℃/min的速度升温至880℃，保温30min，随后再以10℃/min升温至1040℃，在25Mpa的压力下保温2h，然后关闭电源，随炉冷却至室温，获得铜基复合材料。实施例2将80μm的球形Cu粉、5μm的Ti粉和B粉按照质量比为95:3.44:1.56来称取初始粉末，将混合粉末在振动式混粉机中进行机械混合，机械混粉过程中振动频率为30Hz，混粉时间为10h，粉末质量是所用磨球质量的3倍；称取所需质量的混合粉末，在液压机上进行冷压成型，压力为350Mpa，保压35秒，获得粉末压坯；将压坯放入石墨坩埚中，坩埚放入烧结炉内部中心位置，整个烧结过程需通入氮气。首先以20℃/min的速度升温至920℃，保温30min，随后再以10℃/min升温至1060℃，在28MPa的压力下保温1.5h，然后关闭电源，随炉冷却至室温，获得铜基复合材料。实施例3将100μm的球形Cu粉、10μm的Ti粉和B粉按照质量比为96:2.76:1.24来称取初始粉末，将混合粉末在振动式混粉机中进行机械混合，机械混粉过程中振动频率为60Hz，混粉时间为8h，粉末质量是所用磨球质量的2倍；称取所需质量的混合粉末，在液压机上进行冷压成型，压力为300Mpa，保压25秒，获得粉末压坯；将压坯放入石墨坩埚中，坩埚放入烧结炉内部中心位置，整个烧结过程需通入氮气。首先以20℃/min的速度升温至900℃，保温30min，随后再以10℃/min升温至1000℃，在31MPa的压力下保温1h，然后关闭电源，随炉冷却至室温，获得铜基复合材料。上述实施例1制得的复合材料的组织分布如图1所示，TiB2增强相在颗粒边界处原位生成，并彼此连通形成三维网络状结构。实施例2、3的复合材料的组织分布状态与实施例1类似，图2为实施例3的复合材料的微观组织状态，此时复合材料组织仍然呈三维网络结构，但由于Cu粉粒度较大，使得相同体积下的相界面减少，增强相颗粒厚度较大。对比例按照本专利技术的方法，另外制备了一种TiB2增强Cu基复合材料，本文档来自技高网...

【技术保护点】
三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料，其特征在于，是以Cu粉、Ti粉、B粉为原料经机械混粉、冷压成型、热压烧结得到的TiB2为增强相的复合材料，所述TiB2增强相呈现连续的三维网络结构。

【技术特征摘要】
1.三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料，其特征在于，是以Cu粉、Ti粉、B粉为原料经机械混粉、冷压成型、热压烧结得到的TiB2为增强相的复合材料，所述TiB2增强相呈现连续的三维网络结构。2.根据权利要求1所述的三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料，其特征在于，所述Cu粉、Ti粉、B粉的质量比为95～97:2.07～3.44:0.93～1.56。3.根据权利要求1或2所述的三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料，其特征在于，所述Cu粉粒度大于Ti粉粒度。4.三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，机械混粉：称取Cu粉、Ti粉、B粉，机械混合均匀；步骤2，冷压成型：将步骤1混合均匀的粉末冷压成型，得到压坯。步骤3，热压烧结：将步骤2得到的压坯放入石墨坩埚中在近铜熔点温度下加压烧结，即制得TiB2增强铜基复合材料。5.根据权利要求4所述的三维网络结构二硼化钛增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中Cu粉、Ti粉、B粉的质量比为95～97:2.07～3...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁淑华，杜翔，姜伊辉，邹军涛，肖鹏，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61