专利名称：一种制备氧化铝弥散强化铜基复合材料的方法
技术领域：
本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及一种制备氧化铝弥散强化铜基复合材料的方法。
背景技术：
连铸机结晶器、炼钢用氧枪喷头、IC引线框架、高压电触头等部件的材料大量采用的是沉淀硬化型铜合金(Cu-Cr，Cu-Cr-Zr等)，该类铜合金强度高，导电、导热性好。但是这些合金的弊端是，如果使用温度长期高于原来沉淀热处理的温度(铜熔点的1/3～1/2)，铜合金的强度和导电导热性都将大幅度下降，而这些部件的实际工作温度经常会超过这一温度范围，因而导致材料使用寿命急剧降低，仪器、设备的稳定性下降。所以迫切需要开发一种高温下兼备高强度和高传导性能的材料来取代现用的铜合金。
氧化铝弥散强化铜基复合材料由于高温下兼备高强度和高传导性一直是国内外许多大公司和研究机构的热点课题。目前的制备方法是采用将铜铝合金雾化成粉末后再进行内氧化，然后再采用粉末冶金方法成型；它的生产工序复杂、周期长，质量难以控制，因而导致成本一直居高不下，限制了这种优异复合材料的广泛应用。
发明内容
为了解决现有技术内氧化法的上述缺陷，本发明的目的旨在提供一种制备氧化铝弥散强化铜基复合材料的方法，该方法成本较低、简单可控。
本发明所采用的技术方案是，一种制备氧化铝弥散强化铜基复合材料的方法，该方法包括以下步骤a.制备铜铝预合金粉末将重量百分比为99％～99.75％的铜粉和0.25％～1.0％的铝粉放入高能球磨机中球磨3～4小时，制成铜铝预合金粉末；b.制备内氧化复合粉末在上述制得的铜铝预合金粉末中加入氧化亚铜粉，在高能球磨机中球磨2～3小时，制成复合粉末，所述氧化亚铜粉与所述铝粉的重量百分比为2∶1；c.压制将上述制得的复合粉末冷压成型，制成压坯；d.真空烧结和内氧化过程将上述冷压成型的压坯放入真空炉中，在900℃～1000℃时真空烧结0.5～3小时；e.热挤压把上述烧结后的压坯在750℃时进行热挤压，即制得氧化铝弥散强化铜基复合材料。
本发明的特点还在于制备铜铝预合金粉末时，控制球磨机转速为300～400转/分钟，球料比为30～40∶1。
制备内氧化复合粉末时，控制球磨机转速为300～400转/分钟，球料比为30～40∶1。
真空烧结和内氧化过程是以高纯石墨为加热体的真空炉中完成，其过程为抽真空，当真空度达到0.5×10-2～10-3Pa时，开始加热，加热速率根据铝粉含量确定，即当铝粉含量低于0.5％时，采用20℃/分钟的速度进行升温；当铝粉含量高于0.5％时，升温时采用分段式升温速率，即400℃以下采用10℃/分钟的速度，400℃～900℃采用20℃/分钟的速度，然后采用5℃/分钟的速度加热到保温温度。
本发明的优点在于将内氧化与烧结工艺合二为一；省略了过剩氧化剂的还原工艺；采用高能球磨代替雾化制粉，不仅工艺简单，而且解决了铝在铜中的完全固溶和完全氧化的困难；通过球磨的方式加入Cu2O使反应的速率增加，并且没有明显的富铜相，Cu2O粉末经过球磨后更有利于氧的集中扩散。
附图是本发明方法的流程示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。
本发明方法的流程如附图所示，该方法包括以下步骤a.制备铜铝预合金粉末将重量百分比为99％～99.75％的铜粉和0.25％～1.0％的铝粉放入高能球磨机中球磨3～4小时，球磨过程不需保护气体，球料比为30～40∶1，球磨机转速为300～400转/分钟，制成铜铝预合金粉末；b.制备内氧化复合粉末在上述制得的铜铝预合金粉末中加入氧化亚铜粉，在高能球磨机中球磨2～3小时，氧化亚铜粉与铝粉的重量百分比为2∶1，球磨过程不需保护气体，球料比为30～40∶1，球磨机转速300～400转/分钟；c.压制将上述制得的复合粉末冷压成型，制成压坯；d.真空烧结和内氧化过程真空烧结和内氧化过程是以高纯石墨为加热体的真空炉中完成，其过程为抽真空，当真空度达到0.5×10-2～10-3Pa时，开始加热，加热速率根据铝粉含量确定，即当铝粉含量低于0.5％时，采用20℃/分钟的速度进行升温；当铝粉含量高于0.5％时，升温时采用分段式升温速率，即400℃以下采用10℃/分钟的速度，400℃～900℃采用20℃/分钟的速度，然后采用5℃/分钟的速度加热到保温温度。
e.热挤压把上述烧结后的压坯在750℃时进行两次热挤压，挤压比分别控制为5∶1和10∶1，即制得氧化铝弥散强化铜基复合材料。
实施例1将99g的铜粉和1g的铝粉在高能球磨机中球磨4小时，球料比30∶1，球磨机转速400转/分钟，制成铜铝预合金粉末；再加入2g的氧化亚铜粉末与铜铝预合金粉末一起球磨3小时，球料比30∶1，球磨机转速400转/分钟，制成复合粉末；将复合粉末冷压成型，制成压坯；然后将压坯放入高纯石墨为加热体的真空炉中，先抽真空到0.5×10-2pa，采用10℃/分钟的升温速率升至400℃，采用20℃/分钟的升温速率升至800℃，然后采用5℃/分钟的升温速率升至950℃，在此温度下保温3小时，在此过程中，控温通过仪表程序自动实现；然后将烧结后的压坯在750℃先进行5∶1挤压比的热挤压，然后再进行10∶1挤压比热挤压，即制得氧化铝弥散强化铜基复合材料。
实施例2将99.75g的铜粉和0.25g的铝粉在高能球磨机中球磨3小时，球料比40∶1，球磨机转速300转/分钟，制成铜铝预合金粉末；再加入0.5g的氧化亚铜粉末与铜铝预合金粉末一起球磨2小时，球料比40∶1，球磨机转速300转/分钟，制成复合粉末；将复合粉末冷压成型，制成压坯；然后将压坯放入高纯石墨为加热体的真空炉中，测温热电偶直接测试试样表面温度，先抽真空到1.0×10-3pa，采用20℃/分钟的升温速率升至900℃，在此温度下保温0.5小时，在此过程中，控温通过仪表程序自动实现；然后将烧结后的压坯在750℃先进行5∶1挤压比的热挤压，然后再进行10∶1挤压比热挤压，即制得氧化铝弥散强化铜基复合材料。
实施例3将99.35g的铜粉和0.65g的铝粉在高能球磨机中球磨3.5小时，球料比35∶1，球磨机转速350转/分钟，制成铜铝预合金粉末；再加入1.3g的氧化亚铜粉末与铜铝预合金粉末一起球磨2.5小时，球料比35∶1，球磨机转速350转/分钟，制成复合粉末；将复合粉末冷压成型，制成压坯；然后将压坯放入真空炉中，测温热电偶直接测试试样表面温度，先抽真空到0.2×10-2pa，采用10℃/分钟的升温速率升至400℃，采用20℃/分钟的升温速率升至850℃，然后采用5℃/分钟的升温速率升至1000℃，在此温度下保温1小时，在此过程中，控温通过仪表程序自动实现；然后将烧结后的压坯在750℃先进行5∶1挤压比的热挤压，然后再进行10∶1挤压比热挤压，即制得氧化铝弥散强化铜基复合材料。
所制备的复合材料经测试，其软化温度超过800K，电导率不低于75％IACS。可应用于高温下要求材料兼备高强度和高传导性能的场合，如引线框架、电阻焊电极等。
权利要求
1.一种制备氧化铝弥散强化铜基复合材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤a.制备铜铝预合金粉末将重量百分比为99％～99.75％的铜粉和0.25％～1.0％的铝粉放入高能球磨机中球磨3～4小时，制成铜铝预合金粉末；b.制备内氧化复合粉末在上述制得的铜铝预合金粉末中加入氧化亚铜粉，在高能球磨机中球磨2～3小时，制成复合粉末，所述氧化亚铜粉与所述铝粉的重量百分比为2∶1；c.压制将上述制得的复合粉末冷压成型，制成压坯；d.真空烧结和内氧化过程将上述冷压成型的压坯放入真空炉中，在900℃～1000℃时真空烧结0.5～3小时；e.热挤压把上述烧结后的压坯在750℃时进行热挤压，即制得氧化铝弥散强化铜基复合材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备铜铝预合金粉末时，控制球磨机转速为300～400转/分钟，球料比为30～40∶1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备内氧化复合粉末时，控制球磨机转速为300～400转/分钟，球料比为30～40∶1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空烧结和内氧化过程是在以高纯石墨为加热体的真空炉中完成，其过程为抽真空，当真空度达到0.5×10-2～10-3Pa时，开始加热，加热速率根据铝粉含量确定，即当铝粉含量低于0.5％时，采用20℃/分钟的速度进行升温；当铝粉含量高于0.5％时，升温时采用分段式升温速率，即400℃以下采用10℃/分钟的速度，400℃～900℃采用20℃/分钟的速度，然后采用5℃/分钟的速度加热到保温温度。
全文摘要
本发明公开的一种制备氧化铝弥散强化铜基复合材料的方法，包括以下步骤，采用高能球磨法制备铜铝预合金粉末；采用高能球磨法制备氧化亚铜粉与铜铝预合金粉末的复合粉末；将复合粉末冷压成型；在真空炉中进行烧结和内氧化；经两次热挤压后即制得。本发明的方法制备氧化铝弥散强化铜基复合材料，不仅工艺简单、成本低，而且解决了铝在铜中的完全固溶和完全氧化的困难。
文档编号B22F9/04GK1936042SQ20061010477
公开日2007年3月28日 申请日期2006年10月20日 优先权日2006年10月20日
发明者梁淑华, 肖鹏, 范志康 申请人:西安理工大学