数 范围相同，球磨时间缩短为8小时，获得化、Ti和C分布均匀的粉料。
[0025] (3)同步热压烧结:将步骤2制备得的粉体，放入真空热压烧结炉的模具里，把炉 内真空度抽至3 X l(T3pa，之后进行加热，同时开始施加压力，当溫度升高到900°C时，压力达 到90MPa，之后保溫保压烧结2小时，随后材料随炉冷却到室溫，获得硬度高且导电性良好的 铜基复合材料。
[0026] 对比例1: 采用球磨制粉-热压烧结工艺，通过添加 SiC (粒径尺寸平均为10微米)制备出与实例1 中增强相体积分数相同的铜基复合材料，对比例中粉体球磨参数及烧结参数与实施例1的 相同。
[0027] 采用THV-100XS维氏硬度标准机测量硬度，测试时加载压力为1.96N，保持时间为 15S;采用FQR7501A满流导电仪测量材料的导电性，结果如表1所示。
[002引表1.实例1与对比例1的硬度与导电率测试数据
对比表1的数据可知，AUSiC4与Cr协同强化铜材料的硬度和导电率高于对比例中材料 的相应数值，与对比例1相比较，实施例1的材料硬度提高了 17.6%，导电率提高了 27.7%。
[0029] 图1为本发明实施例1的AUSiC4与化协同强化网/球状铜材料组织及元素分布图。 由图1可W看出致密的铜基合金中，网状区域富含化，且Al4SiC4与化均匀分布在材料之中。
[0030] (1) Cu包Al4SiC4纳米晶粉的制备:基于(CU93Cr7)87(Al4SiC4)13的成分配比，称量平 均粒径10微米且纯度在99.5%上的化、吐和AUSi C4粉，并W与粉料总质量1.0%相当的硬脂酸 和2毫升/100克的乙醇混合物为球磨过程控制剂;把AUSiC4和一半质量的Cu粉和球磨过程 控制剂装入真空球磨罐中，球料比10:1，之后封盖、抽真空、充入高纯氣，进行高能机械球 磨，球磨时间84小时，球磨转速380转/分钟，获得化包Al4SiC4的高活性纳米晶粉体。
[0031 ] (2)均匀粉料的制备：将步骤1准备的Cu包AUSiC4纳米晶粉作为前驱料，并与Cr 粉、另一半Cu粉、钢球、机械球磨过程控制剂一起，在无氧环境中，放入真空罐内，之后抽真 空和充入高纯氣，并在球磨机上进行机械球磨，此时的球料比及转速，与前驱料的球磨参数 范围相同，球磨时间缩短为6小时，获得化、化和Al4SiC4分布均匀的粉料。
[0032] (3)同步热压烧结:将步骤2制备得的粉体，放入真空热压烧结炉的模具里，把炉 内真空度抽至2.5 X l(T3pa，之后进行加热，同时开始施加压力，当溫度升高至1帖0°〇时，压力 达到lOOMPa，之后保溫保压烧结3小时，随后材料随炉冷却到室溫，获得硬度高且导电性良 好的铜基复合材料。
[0033] 对比例2: 采用球磨制粉-热压烧结工艺，通过添加 SiC (粒径尺寸平均为10微米)制备出与实例2 中增强相体积分数相同的铜基复合材料，对比例中粉体球磨参数及烧结参数与实施例2的 相同。
[0034] 采用THV-100XS维氏硬度标准机测量硬度，测试时加载压力为1.96N，保持时间为 15S;采用FQR7501A满流导电仪测量材料的导电性，结果如表1所示。
[003引表2.实例巧对比例2的硬度与导电率测试数据
对比表2的数据可知，AUSiC4与Cr协同强化铜材料的硬度和导电率高于对比例中材料 的相应数值，与对比例2相比较，实施例2的材料硬度提高了 25.7%，导电率提高了 28.3%。
[0036] 实施例3: (1) CU包AUSiC4纳米晶粉的制备：基于（CU95Cr5)84(A!4SiC4)16的成分配比，称量平均 粒径10微米且纯度在99.5%的Cu、Ti和Al4SiC4粉，并W与粉料总质量1.0%相当的硬脂酸和1 毫升/100克的乙醇混合物为球磨过程控制剂;把Al4SiC4和一半质量的化粉和球磨过程控制 剂装入真空球磨罐中，球料比10:1，之后封盖、抽真空、充入高纯氣，进行高能机械球磨，球 磨时间72小时，球磨转速350转/分钟，获得化包Al4SiC4的高活性纳米晶粉体。
[0037] (2)均匀粉料的制备：将步骤1准备的Cu包AUSiC4纳米晶粉作为前驱料，并与灯 粉、另一半Cu粉、钢球、机械球磨过程控制剂一起，在无氧环境中，放入真空罐内，之后抽真 空和充入高纯氣，并在球磨机上进行机械球磨，此时的球料比及转速，与前驱料的球磨参数 范围相同，球磨时间缩短为8小时，获得化、化和Al4SiC4分布均匀的粉料。
[0038] (3)同步热压烧结:将步骤2制备得的粉体，放入真空热压烧结炉的模具里，把炉 内真空度抽至1 X l(T3pa，之后进行加热，同时开始施加压力，当溫度升高到950°C时，压力达 到80MPa后，保溫保压烧结2小时，随后材料随炉冷却到室溫，获得硬度高且导电性良好的铜 基复合材料。
[0039] 对比例3: 采用球磨制粉-热压烧结工艺，通过添加 SiC (粒径尺寸平均为10微米)制备出与实例3 中增强相体积分数相同的铜基复合材料，对比例中粉体球磨参数及烧结参数与实施例3的 相同。
[0040] 采用THV-100XS维氏硬度标准机测量硬度，测试时加载压力为1.96N，保持时间为 15S;采用FQR7501A满流导电仪测量材料的导电性，结果如表3所示。
[0041] 表3.实例3与对比例3的硬度与导电率巧聯数据
对比表3的数据可知，AUSiC4与Cr协同强化铜材料的硬度和导电率高于对比例中材料 的相应数值，与对比例3相比较，实施例3的材料硬度提高了 13.1%，导电率提高了 43.5%。
[0042] 本申请是基于山东省科技发展计划项目（编号：2014GGX102016)和山东省自然科 学基金(编号:ZR2013EMM010)资助。
【主权项】
1 .Al4SiC4与Cr协同强化铜材料，其特征是，组成为：（Cuiqq-xCrx)i(x)-y(Al4SiC4)y;xSCi^ 素在Cuiqq-xCrx合金中的原子百分比，lat% < x <10at%，y为Al4SiC4在复合材料中的体积 百分比，1 vol% <y < 30 vol %。2. 权利要求1所述的AUSiC4与Cr协同强化网/球状铜材料，其特征是，2at% < x <7 at% (优选的，3at% < X <6 at%)。3. 权利要求1所述的AUSiC4与Cr协同强化网/球状铜材料，其特征是，5 vol% < 25 vol % (优选的，8 vol% < x <16 vol%)。 4. Al4SiC4与Cr协同强化网/球状铜材料的制备方法，其特征是，步骤如下： 步骤1:按照(Cmoo-xCrx)1QQ-y(Al4SiC4) y的成分配比，称量Cu、Cr和Al4SiC4粉料，并称量硬 脂酸，按照每100克0.5~5毫升的比例量取乙醇，调制出硬脂酸与乙醇混合的球磨过程控制 剂； 步骤2:将步骤1准备的Al4SiC4和一半质量的Cu原材料、钢球与机械球磨过程控制剂，装 入真空球磨罐，之后封盖、抽真空、充入高纯氩，进行高能机械球磨，球磨时间30~150小时， 球磨转速250~500转/分钟，获得Cu包Al4SiC4的高活性纳米晶粉体;在无氧环境中，将Cu/ A：USiC4纳米晶粉与步骤1准备的Cr粉和另一半质量的Cu粉一起装入带有球磨过程控制剂的 真空罐内，之后抽真空和充入高纯氩，并在球磨机上进行短时间球磨，此时的球料比及转 速，与上述球磨Cu/Al4SiC4的参数范围相同，球磨时间为5~25小时，获得Cu、Cr和Al4SiC4分 布均匀的粉料； 步骤3:将步骤2制备得的粉体，放入真空热压烧结炉的模具里，把炉内真空度抽至10-3~ l(T4pa数量级，之后进行热压烧结，加热与加压过程异步进行，升温到420°C后开始施加压 力，烧结结束后炉冷至室温，获得硬度高且导电性良好的铜基复合材料。5. 权利要求4所述的制备方法，其特征是，步骤1: Cu、Cr和Al4SiC4粉料的平均粒径为10 微米，纯度在99%以上。6. 权利要求4所述的制备方法，其特征是，步骤1:硬脂酸的用量为Cu、Cr和Al4SiC4粉料 总质量的〇. 1~5% (优选的，硬脂酸的用量为Cu、Cr和Al4SiC4粉料总质量的0.5~2%)。7. 权利要求4所述的制备方法，其特征是，步骤2:将步骤1准备的Cu和Al4SiC4原材料、钢 球与机械球磨过程控制剂，装入真空球磨罐，球料比9:1~35:1 (优选的，10:1~20:1)。8. 权利要求4所述的制备方法，其特征是，步骤3 :烧结温度为600-1000°C，烧结时间为 0.5-5小时(优选的，烧结温度850-950，烧结时间2-4小时）。9. 权利要求4所述的制备方法，其特征是，步骤3:烧结保温时压力达到30-200 MPa (优 选的，烧结保温时压力达到80-150 MPa)。
【专利摘要】本发明属于有色金属材料领域，涉及一种Al4SiC4与Cr协同强化网/球状铜材料及其制备方法。本发明利用硬质相弥散强化和合金元素固溶强化原理，采用机械球磨和同步热压烧结技术，制备出了高硬度且导电性优良的铜基复合材料。材料的制备方法为：先将Cu和Al4SiC4反应物粉料按比例进行机械球磨获得纳米晶粉，再与Cr粉和剩余的Cu粉球磨，最后运用同步热压烧结技术，获得Al4SiC4增强的铜铬复合材料。本发明主要特点：Al4SiC4和Cr均匀弥散在铜基体中，硬质相与铜钛合金基体界面结合强度高，材料的硬度高导电性良好。
【IPC分类】C22C1/05, C22C32/00, C22C9/00
【公开号】CN105543535
【申请号】CN201510952589
【发明人】倪俊杰, 王永康, 刘瑞环, 张昊, 贾正锋, 黄宝旭, 马杰, 王长征
【申请人】聊城大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月18日