本发明属于金属材料领域，具体涉及一种TiC/Ti5Si3复合增强铜基电接触材料的制备方法。
背景技术：
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电接触材料制备的电接触元件在仪器仪表、电器开关中起着非常重要的作用。高压输变电向大容量超高压发展，低压配电系统与控制系统对自动化水平、灵敏程度要求的提高以及电子工业产品的更新换代，都对电接触材料提出了新的要求。理想的电接触材料必须具备良好的导电及导热性能、力学性能、电接触性能、化学性能和加工性能。金属银的电导率高、导热性好，具有良好的抗氧化性等，其综合物理性能非常适宜制备电接触材料，但银属贵金属，资源稀缺，价格昂贵。铜由于具有高的导电、导热性能，且价格较低，是替代银的理想电接触材料。但是由于铜强度、硬度低，抗氧化能力差，作为电接触材料使用时其抗磨损、抗烧蚀及抗熔焊能力不足。工业上常用合金化及复合强化的方式进一步改善铜的性能。如哈尔滨工业大学的亓钧雷等发明了一种原位生长石墨烯增强铜基电接触材料的制备方法(申请号：CN201511009346.9)，该方法通过将铜粉置于等离子体化学气相沉积得到石墨烯/铜复合粉末，实现了一种原位生长石墨烯增强铜基电接触材料的制备，所得电接触复合材料具有优良的综合性能。专利CN201210442488.4公开了一种纳米氧化物改性铜基电接触材料的制备方法，该方法解决了纳米相改性铜基复合材料制备过程中纳米相分散差和致密度低的问题。专利CN201710007669.7公开了一种铜石墨烯基电接触材料及其制备方法，该方法通过无压烧结制备了铜石墨烯基电接触材料，该材料具有优异的物理和机械性能，其具有强度高，摩擦系数低，抗磨磨损性能好等优点。当前,铜基电接触复合材料制备多采用增强相与铜粉混合烧结的方式，该方法制备的复合材料致密度较低,增强相和基体界面结合较差,限制了复合材料性能的进一步提高。相比而言，铜熔体自生反应合成增强体增强铜基复合材料具有更好的性能，但目前制备方法还较少。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种TiC/Ti5Si3复合增强铜基电接触材料的制备方法。该方法工艺简单、成本低且效率高，TiC/Ti5Si3增强体为铜熔体中自生反应合成，增强体与基体界面结合良好，所得复合材料致密度高。
一种TiC/Ti5Si3复合增强铜基电接触材料制备方法，包括如下步骤：
(1)原料准备：准备好制备TiC/Ti5Si3复合增强铜基电接触材料所需的原料，按质量百分比称取，电解铜70-97％、海绵钛0.25-10％、SiC粉0.5-8％、石墨粉0.1-3％、铜粉1-15％；
(2)石墨包覆SiC混合粉末制备：首先将石墨粉与一定量SiC粉充分混合，然后将混合粉末置于球磨机中球磨2-8小时，通过球磨细化SiC至亚微米级，并得到石墨包覆的SiC混合粉末。
(3)Cu-石墨包覆SiC预制体制备：将(2)中得到的石墨包覆SiC混合粉末与适量铜粉混合，并置于球磨机中球磨3-6小时，得到铜-石墨包覆SiC混合粉末。将混合粉末压制成一定形状的预制块；
(4)TiC/Ti5Si3的反应合成：在氩气的保护下，将铜-钛合金放置在高频感应炉中加热至1100-1350℃，然后利用石墨棒将(3)中得到的Cu-石墨包覆SiC预制体压入到铜-钛熔体中，保温2-4分钟使熔体中的钛与石墨及SiC充分反应，将合金熔体浇入模具中或采用其他方法冷却凝固，凝固过程中多余的Ti与Si通过共晶反应获得Ti5Si3，凝固后得到TiC/Ti5Si3复合增强铜基电接触复合材料。
所述TiC/Ti5Si3复合增强铜基电接触材料的制备方法，其基本原理是将Cu-石墨包覆SiC预制体加入到高温铜-钛熔体中后，溶解的钛与其中的石墨迅速反应并放出大量的热，进一步地，溶解的钛会与SiC反应生成TiC，凝固过程中未反应的Ti和溶解态的Si通过三元共晶反应获得Ti5Si3，从而消除了过剩Ti对复合材料导电性能的影响。
该方法得到的TiC为近化学计量比TiC，稳定性好，粒径在0.5-3.5μm之间，均匀分布在铜基体上；未反应的Ti在凝固过程中与Si通过共晶反应获得Ti5Si3，得到的Ti5Si3呈棒状或板片状。其导电率在35％IACS-85％IACS之间，铸态显微硬度在115HV-200HV之间。
TiC增强铜基电接触复合材料的制备方法，步骤(1)中所用SiC粉粒径在15μm以下，石墨粉粒径在15μm以下，铜粉粒径在200μm以下；步骤(3)中预制块的压制装置压强为200-450MPa。
本发明的有益的技术效果如下：
1、制备工艺简单、成本低、效率高；2、制备的TiC稳定性好，颗粒细小，分布均匀；3、制备的TiC/Ti5Si3复合增强铜基电接触材料具有高的硬度、耐磨性能和导电性能；4、适用于工业化生产和应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述发明。应说明的是：以下实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案。一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
实施例1：
(1)原料准备：准备好制备TiC/Ti5Si3复合增强铜基电接触材料所需的原料，按质量百分比称取，电解铜83.89％、海绵钛5.86％、SiC粉1.43％、石墨粉0.82％、铜粉8％；
(2)石墨包覆SiC混合粉末制备：首先将石墨粉与SiC粉充分混合，然后将混合粉末置于球磨机中球磨3小时，通过球磨细化SiC至亚微米级，并得到石墨包覆的SiC混合粉末。
(3)Cu-石墨包覆SiC预制体制备：将步骤(2)中得到的石墨包覆SiC混合粉末与铜粉混合，并置于球磨机中球磨2小时，得到铜-石墨包覆SiC混合粉末；将混合粉末压制成长15mm、宽15mm、高15mm的预制块；
(4)TiC/Ti5Si3的反应合成：在氩气的保护下，将铜-钛合金放置在高频感应炉中加热至1100-1250℃，然后利用石墨棒将(3)中得到的Cu-石墨包覆SiC预制体压入到铜-钛熔体中，保温2分钟使熔体中的钛与石墨及SiC充分反应，将合金熔体浇入模具中或采用其他方法冷却凝固，凝固过程中多余的Ti与Si通过共晶反应获得Ti5Si3，凝固后得到TiC/Ti5Si3复合增强铜基电接触复合材料。
制备的TiC/Ti5Si3导电率为68％IACS，铸态显微硬度为142HV。
实施例2：
(1)原料准备：准备好制备TiC/Ti5Si3复合增强铜基电接触材料所需的原料，按质量百分比称取，电解铜77.25％、海绵钛7％、SiC粉3.57％、石墨粉0.18％、铜粉12％；
(2)石墨包覆SiC混合粉末制备：首先将石墨粉与SiC粉充分混合，然后将混合粉末置于球磨机中球磨5小时，通过球磨细化SiC至亚微米级，并得到石墨包覆的SiC混合粉末。
(3)Cu-石墨包覆SiC预制体制备：将(2)中得到的石墨包覆SiC混合粉末与铜粉混合，并置于球磨机中球磨4小时，得到铜-石墨包覆SiC混合粉末。将混合粉末压制成长15mm、宽15mm、高25mm的预制块；
(4)TiC/Ti5Si3的反应合成：在氩气的保护下，将铜-钛合金放置在高频感应炉中加热至1150-1350℃，然后利用石墨棒将步骤(3)中得到的Cu-石墨包覆SiC预制体压入到铜-钛熔体中，保温4分钟使熔体中的钛与石墨及SiC充分反应，将合金熔体浇入模具中或采用其他方法冷却凝固，凝固过程中多余的Ti与Si通过共晶反应获得Ti5Si3，凝固后得到TiC/Ti5Si3复合增强铜基电接触复合材料。
制备的TiC/Ti5Si3导电率为60％IACS，铸态显微硬度为158HV。
实施例3：
(1)原料准备：准备好制备TiC/Ti5Si3复合增强铜基电接触材料所需的原料，按质量百分比称取，电解铜87.25％、海绵钛5％、SiC粉1.43％、石墨粉0.32％、铜粉8％；
(2)石墨包覆SiC混合粉末制备：首先将石墨粉与SiC粉充分混合，然后将混合粉末置于球磨机中球磨3小时，通过球磨细化SiC至亚微米级，并得到石墨包覆的SiC混合粉末。
(3)Cu-石墨包覆SiC预制体制备：将步骤(2)中得到的石墨包覆SiC混合粉末与铜粉混合，并置于球磨机中球磨2小时，得到铜-石墨包覆SiC混合粉末。将混合粉末压制成长15mm、宽15mm、高12mm的预制块；
(4)TiC/Ti5Si3的反应合成：在氩气的保护下，将铜-钛合金放置在高频感应炉中加热至1100-1250℃，然后利用石墨棒将步骤(3)中得到的Cu-石墨包覆SiC预制体压入到铜-钛熔体中，保温2分钟使熔体中的钛与石墨及SiC充分反应，将合金熔体浇入模具中或采用其他方法冷却凝固，凝固过程中多余的Ti与Si通过共晶反应获得Ti5Si3，凝固后得到TiC/Ti5Si3复合增强铜基电接触复合材料。
制备的TiC/Ti5Si3导电率为75％IACS，铸态显微硬度为126HV。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。