一种合金制造设备与铜基复合材料制备方法技术

本发明专利技术提供了一种合金制造设备与铜基复合材料制备方法。本发明专利技术的合金制造设备，主要结构包括熔炼腔、分腔台、第一塞棒和第二塞棒。其中，分腔台设于熔炼腔中，分腔台包括上、下设置的上分腔台和下分腔台。上分腔台内设置有第一隔板，第一隔板将上分腔台分隔为四个腔室，用于分别熔化四种中间体合金。上分腔台底部设有上分腔台出料口，在相邻腔室中的两种中间体合金通过上分腔台出料口混合后排出上分腔台，流入下分腔台。下分腔台内设置有第二隔板，第二隔板将下分腔台分隔为两个腔室，下分腔台底部设有熔体混合通道，下分腔台两个腔室中的合金熔体通过混合通道汇集融合，形成合金熔液。形成合金熔液。形成合金熔液。

【技术实现步骤摘要】
一种合金制造设备与铜基复合材料制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种合金制造设备与铜基复合材料制备方法。

技术介绍

[0002]高强高导铜合金是一类综合性能优良的结构功能一体化材料。强度和导电性是一对矛盾体，如何在保持铜合金较高导电性能的同时显著提高其强度，以实现铜合金的高强度和高导电性能，是铜合金领域研究的热点和难点。
[0003]弥散强化铜合金是在铜基体中引入热稳定性高且弥散分布的强化相微粒，且强化相颗粒在接近铜的熔点的高温下不发生溶解和粗化，能有效钉扎位错的运动、亚晶和晶界的迁移，不仅可大幅度提高合金的室温强度，而且还具有优异的抗高温软化和蠕变性能，同时通过合理控制强化相的体积分数和颗粒平均间距，对电导率的影响较小，使合金兼有高强、高导和耐热等优异的综合性能。
[0004]目前，弥散强化铜合金体系的研究主要集中在单一Al2O3、TiB2等颗粒强化铜合金的性能提升和开发等方面，基本可以满足电子工业的要求。但是，随着高端电子器件、轨道交通和国防先进武器等高新技术的快速发展，对铜合金的综合性能提出越来越高的要求。单一引入Al2O3颗粒或TiB2颗粒虽然可以大幅度提高铜合金的强度，但是存在较多的不足。一方面Al2O3为电阻率(>1020
×
10
‑6Ω﹒m)较大和热导率(15.9Wm
‑1K
‑1)较小的氧化物，这降低了铜的导电和导热性能，因此Al2O3等氧化物的加入量受到限制，其强化效果也受到限制。另一方面，TiB2虽然是一种高熔点(2980℃)、高硬度(34GPa)、高弹性模量(574GPa)、低电阻率(0.9
×
10
‑6Ω﹒m)、高导热率(25Wm
‑1K
‑1)陶瓷相颗粒，但其原材料和制备成本较高。因此，综合利用Al2O3和TiB2增强相对铜基体组织和性能的作用特性，将Al2O3和TiB2增强相在铜基中进行有效复合，实现复合强化、导电、耐热、抗电蚀等协同作用，进而提高铜合金的强度、导电、耐磨等综合性能，是解决上述问题的有效途径。
[0005]目前，国内外制备弥散铜合金所采用的方法主要是机械合金化法、粉末冶金法和内氧化法。机械合金化法是利用高能球磨机球磨混合粉末，粉末在磨球的挤压、碰撞、变形反复焊合的作用下，原子之间相互扩散发生反应进而合成合金粉末。粉末冶金法是将铜粉和其他原料粉末混合后通过热等静压等手段将粉末进行压合和烧结，制备得到弥散铜合金。内氧化法是指在合金的氧化过程中，氧原子溶解到合金相中并进行扩散，使合金中较活泼组元与氧发生反应原位生产氧化物微粒。虽然以上方法得到了较为成熟的发展，但是仍然存在一些关键问题未能得到有效解决。比如：机械合金化法由于在球磨过程中使用了铁球，因此易混入Fe等杂质元素，而且复合粉末易被氧化、污染，导致铜合金导电率偏低而且产品的质量难以控制；粉末冶金法存在复合材料界面容易受到污染、强化相易团聚、易产生孔洞等问题，使得其难以制备完全致密化、基体晶粒细小、强化相纳米化且均匀分布的复合材料。内氧化法在制备Cu
‑
Al2O3弥散铜合金上取得了较大的成功，但是存在工序复杂、流程长、成品率低、生产效率低和成本高等问题，另外还受其本身工艺的限制只能制备Al2O3含量
较低的铜合金，其强化程度有限。
[0006]综上所述，研发低成本、高强度、高导电、耐热和抗电蚀的Cu
‑
Al2O3‑
TiB2弥散强化铜合金的制备装备和工艺是高端电子元器件等产业发展的重大需求。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种合金制造设备，该设备解决了传统合金制备中存在的强化相单一、设备投资大、流程长、生产效率低、成本高、组织不均匀的问题，使用该设备，可以制备出低成本、高强度、高导电、耐热和抗电蚀的Cu
‑
Al2O3‑
TiB2弥散强化铜合金。
[0008]本专利技术还提供了一种铜基复合材料制备方法。
[0009]本专利技术的第一方面提供了一种合金制造设备，包括：
[0010]熔炼腔，所述熔炼腔底部设有总出料口；
[0011]分腔台，所述分腔台设于所述熔炼腔中，所述分腔台包括上、下设置的上分腔台和下分腔台；所述上分腔台内设置有第一隔板，所述第一隔板将所述上分腔台分隔为四个腔室，所述上分腔台底部设有上分腔台出料口；所述下分腔台内设置有第二隔板，所述第二隔板将所述下分腔台分隔为两个腔室，所述下分腔台底部设有熔体混合通道；
[0012]第一塞棒，所述第一塞棒设于所述熔炼腔中，在所述熔炼腔内上下移动，当所述第一塞棒向下移动时，所述第一塞棒的一端封闭所述总出料口，当所述第一塞棒向上移动时，所述总出料口开启，下分腔台腔室中的熔体混合；
[0013]第二塞棒，所述第二塞棒设于所述上分腔台中，在所述上分腔台内上下移动，当所述第二塞棒向下移动时，所述第二塞棒的一端封闭所述上分腔台出料口，当所述第二塞棒向上移动时，所述上分腔台出料口开启，上分腔台相邻腔室中的熔体混合。
[0014]本专利技术关于合金制造设备的一些技术方案，至少具有以下有益效果：
[0015]本专利技术的合金制造设备，采用了分别将不同中间体合金分别熔化的合金制备思路，解决了传统合金制备中强化相单一的问题。
[0016]主要结构包括熔炼腔、分腔台、第一塞棒和第二塞棒。其中，分腔台设于熔炼腔中，分腔台包括上、下设置的上分腔台和下分腔台。上分腔台内设置有第一隔板，第一隔板将上分腔台分隔为四个腔室，用于分别熔化四种中间体合金。上分腔台底部设有上分腔台出料口，在相邻腔室中的两种中间体合金通过上分腔台出料口混合后排出上分腔台，流入下分腔台。下分腔台内设置有第二隔板，第二隔板将下分腔台分隔为两个腔室，下分腔台底部设有熔体混合通道，下分腔台两个腔室中的合金熔体通过混合通道汇集融合，形成合金熔液。
[0017]本专利技术的合金制造设备，可以通过控制第一塞棒和第二塞棒的上下移动，从而精确控制合金溶液混合和反应的时间。熔体的快速运动以及反应时间的精确控制可有效抑制生成弥散相的粗化和团聚。
[0018]本专利技术的合金制造设备，工作时，以Cu
‑
Ti
‑
B
‑
Al
‑
Cu2O体系为例，第二塞棒上移前，可有效控制原料Cu
‑
Ti中间合金熔体、Cu
‑
B中间合金熔体、Cu
‑
Al中间合金熔体、Cu和Cu2O熔体在反应前彼此之间没有接触。通过上移第一塞棒，可分别使上分腔台中相邻两个腔室的熔体快速流入下分腔台中混合并发生原位反应(Ti+2B＝TiB2)生成TiB2颗粒，上分腔台中另外相邻两个腔室的熔体Cu
‑
Al和Cu
‑
Cu2O快速流入下分腔台中混合并发生原位反应(2Al+
3Cu2O＝Al2O3+6Cu本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种合金制造设备，其特征在于，包括：熔炼腔(100)，所述熔炼腔(100)底部设有总出料口(110)；分腔台，所述分腔台设于所述熔炼腔(100)中，所述分腔台包括上、下设置的上分腔台(210)和下分腔台(220)；所述上分腔台(210)内设置有第一隔板(2110)，所述第一隔板(2110)将所述上分腔台(210)分隔为四个腔室，所述上分腔台(210)底部设有上分腔台出料口；所述下分腔台(220)内设置有第二隔板(2210)，所述第二隔板(2210)将所述下分腔台(220)分隔为两个腔室，所述下分腔台(220)底部设有熔体混合通道(2220)；第一塞棒(300)，所述第一塞棒(300)设于所述熔炼腔(100)中，在所述熔炼腔(100)内上下移动，当所述第一塞棒(300)向下移动时，所述第一塞棒(300)的一端封闭所述总出料口(110)，当所述第一塞棒(300)向上移动时，所述总出料口(110)开启，下分腔台(220)腔室中的熔体混合；第二塞棒(400)，所述第二塞棒(400)设于所述上分腔台(210)中，在所述上分腔台(210)内上下移动，当所述第二塞棒(400)向下移动时，所述第二塞棒(400)的一端封闭所述上分腔台出料口，当所述第二塞棒(400)向上移动时，所述上分腔台出料口开启，上分腔台(210)相邻腔室中的熔体混合。2.根据权利要求1所述的一种合金制造设备，其特征在于，所述第二塞棒(400)的数量为两根，所述第二塞棒(400)以所述第一塞棒(300)为中心对称设置。3.根据权利要求1所述的一种合金制造设备，其特征在于，所述上分腔台(210)出料口处连接有导...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜雁斌，陈伟，李周，胡锦辉，肖旭，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：