铜基复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种铜基复合材料及其制备方法，该复合材料含有以下质量百分含量的组分：粒度≤83μm、纯度≥99.4%的钼粉4～8%、粒度≤85μm、纯度≥99.8%的石墨粉7～9%、粒度≤45μm、纯度≥98.8%的硼化钛5～9%、粒度≤60μm、纯度≥99.2%的氧化银4～12%、粒度≤100μm、纯度≥99.6%的氧化锡5～8%、粒度为0.02～5μm、纯度≥99.8%的碳酸钙6～7%、其余为粒度≤70μm、纯度≥99.3%的铜粉。制备方法：将各成分混匀后烘干，烘干温度为155～165℃，烘干时间1～2h；过GB6003规定的200目筛；在600～700MPa的压力下压制成型；烧结，烧结温度为600～700℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min；降温冷却至15～30℃。碳酸钙的加入明显增强了本发明复合材料的力学性能。
【专利说明】铜基复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金复合材料领域，尤其涉及一种铜基复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方 法无法获得的。运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油 轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种少无切削工艺。复合材料（Composite materials), 是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观(微观）上组成具有 新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优 于原组成材料而满足各种不同的要求。现有技术的铜基复合材料由于各种组分的添加，容 易使基体变形，导致基体不稳定，降低其力学性能。
[0003] 铜基复合材料的是由纤维等增强材料与铜粉等2种或2种以上性质不同的材料， 通过各种工艺手段组合而成。它与纤维增强塑料（FRP)、纤维增强金属（FRM)、金属-塑料层 叠材料等相当，具有质量轻、强度高、刚度好的特点，这些复合材料在汽车零部件上应用很 盛行。但是现有技术的铜基复合材料的拉伸强度和屈服强度一般，使用范围受限。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术的不足，提供一种铜基复合材料及其制备方法，复合材料的 拉伸强度和屈服强度较强，力学性能良好。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案： 铜基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度< 83 μ m、纯度> 99. 4%的钥粉 4?8%、粒度彡85 μ m、纯度彡99. 8%的石墨粉7?9%、粒度彡45 μ m、纯度彡98. 8%的硼化 钛5?9%、粒度彡60 μ m、纯度彡99. 2%的氧化银4?12%、粒度彡100 μ m、纯度彡99. 6%的 氧化锡5?8%、粒度为0. 02?5 μ m、纯度彡99. 8%的碳酸钙6?7%、其余为粒度彡70 μ m、 纯度彡99. 3%的铜粉。
[0006] 作为对本发明的进一步改进，铜基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：钥粉 6%、石墨粉8%、硼化钛7%、氧化银8%、氧化锡6%、碳酸钙6. 5%、其余为铜粉。
[0007] 作为对本发明的进一步改进，碳酸钙为微细碳酸钙粉，粒径为0. 1 μ m?1 μ m。
[0008] 上述铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 将钥粉、石墨粉、硼化钛、氧化银、氧化锡、碳酸钙粉、铜粉混匀后烘干，烘干温度为 155?165°C，烘干时间1?2h ; (2) 过GB6003规定的200目筛； (3) 在600?700MPa的压力下压制成型； (4) 烧结，烧结温度为600?700°C，烧结压力为2?3MPa，保温时间为30?40min。
[0009] (5 )降温冷却至15?30 °C。
[0010] 步骤（4)升温速率为80?90°C /min。
[0011] 步骤（5)降温速率为I. 5°C /min。
[0012] 原理：碳酸钙的加入限制了基体的变形，导致基体处于很高的应力状态，宏观上增 强了复合材料的力学性能。
[0013] 有益效果 本发明的拉伸强度为269?276MPa，屈服强度为178?180MPa，弹性模量为86? 89GPa，说明碳酸钙的加入明显增强了复合材料的力学性能。
【具体实施方式】
[0014] 下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍，但不局限于此。
[0015] 实施例1 铜基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度< 83 μ m、纯度> 99. 4%的钥粉 6%、粒度彡85 μ m、纯度彡99. 8%的石墨粉8%、粒度彡45 μ m、纯度彡98. 8%的硼化钛7%、粒 度彡60 μ m、纯度彡99. 2%的氧化银8%、粒度彡100 μ m、纯度彡99. 6%的氧化锡6%、粒度为 0. 02?5 μ m、纯度彡99. 8%的碳酸钙6. 5%、其余为粒度彡70 μ m、纯度彡99. 3%的铜粉。
[0016] 碳酸钙为微细碳酸钙粉，粒径为0. 1 μ m?1 μ m。
[0017] 上述铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 将钥粉、石墨粉、硼化钛、氧化银、氧化锡、碳酸钙粉、铜粉混匀后烘干，烘干温度为 155?165°C，烘干时间1?2h ; (2) 过GB6003规定的200目筛； (3) 在600?700MPa的压力下压制成型； (4) 烧结，烧结温度为600?700°C，烧结压力为2?3MPa，保温时间为30?40min。
[0018] (5)降温冷却至15?30°C。
[0019] 步骤（4)升温速率为80?90°C/min。
[0020] 步骤（5)降温速率为I. 5°C /min。
[0021] 实施例2 铜基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度< 83 μ m、纯度> 99. 4%的钥粉 4%、粒度彡85 μ m、纯度彡99. 8%的石墨粉7%、粒度彡45 μ m、纯度彡98. 8%的硼化钛5%、粒 度彡60 μ m、纯度彡99. 2%的氧化银4%、粒度彡100 μ m、纯度彡99. 6%的氧化锡5%、粒度为 0. 02?5 μ m、纯度彡99. 8%的碳酸钙6%、其余为粒度彡70 μ m、纯度彡99. 3%的铜粉。
[0022] 上述铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 将钥粉、石墨粉、硼化钛、氧化银、氧化锡、碳酸钙粉、铜粉混匀后烘干，烘干温度为 155?165°C，烘干时间1?2h ; (2) 过GB6003规定的200目筛； (3) 在600?700MPa的压力下压制成型； (4) 烧结，烧结温度为600?700°C，烧结压力为2?3MPa，保温时间为30?40min。
[0023] (5 )降温冷却至15?30 °C。
[0024] 步骤（4)升温速率为80?90°C /min。
[0025] 步骤（5)降温速率为I. 5°C /min。
[0026] 实施例3 铜基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度< 83 μ m、纯度彡99. 4%的钥粉8%、 粒度彡85 μ m、纯度彡99. 8%的石墨粉9%、粒度彡45 μ m、纯度彡98. 8%的硼化钛9%、粒度 彡60 μ m、纯度彡99. 2%的氧化银12%、粒度彡100 μ m、纯度彡99. 6%的氧化锡8%、粒度为 0. 02?5 μ m、纯度彡99. 8%的碳酸钙7%、其余为粒度彡70 μ m、纯度彡99. 3%的铜粉。
[0027] 上述铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 将钥粉、石墨粉、硼化钛、氧化银、氧化锡、碳酸钙粉、铜粉混匀后烘干，烘干温度为 155?165°C，烘干时间1?2h ; (2) 过GB6003规定的200目筛； (3) 在600?700MPa的压力下压制成型； (4) 烧结，烧结温度为600?700°C，烧结压力为2?3MPa，保温时间为30?40min。
[0028] (5)降温冷却至15?30°C。
[0029] 步骤（4)升温速率为80?90°C /min。
[0030] 步骤（5)降温速率为I. 5°C /min。
[0031] 实施例4 铜基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度< 83 μ m、纯度> 99. 4%的钥粉 5%、粒度彡85 μ m、纯度彡99. 8%的石墨粉8%、粒度彡45 μ m、纯度彡98. 8%的硼化钛6%、粒 度彡60 μ m、纯度彡99. 2%的氧化银5%、粒度彡100 μ m、纯度彡99. 6%的氧化锡6%、粒度为 0. 02?5 μ m、纯度彡99. 8%的碳酸钙6. 3%、其余为粒度彡70 μ m、纯度彡99. 3%的铜粉。
[0032] 上述铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 将钥粉、石墨粉、硼化钛、氧化银、氧化锡、碳酸钙粉、铜粉混匀后烘干，烘干温度为 155?165°C，烘干时间1?2h ; (2) 过GB6003规定的200目筛； (3) 在600?700MPa的压力下压制成型； (4) 烧结，烧结温度为600?700°C，烧结压力为2?3MPa，保温时间为30?40min。
[0033] (5)降温冷却至15?30°C。
[0034] 步骤（4)升温速率为80?90°C /min。
[0035] 步骤（5)降温速率为I. 5°C /min。
[0036] 对比例I 与实施例1相同，不同在于：不加碳酸钙。
[0037] 性能测试试验 测试结果见下表1。
[0038] 表 1
【权利要求】
1. 铜基复合材料，其特征在于，含有以下质量百分含量的组分：粒度< 83i!m、纯度 彡99. 4%的钥粉4?8%、粒度彡85 ii m、纯度彡99. 8%的石墨粉7?9%、粒度彡45 ii m、纯度 彡98. 8%的硼化钛5?9%、粒度彡60 ii m、纯度彡99. 2%的氧化银4?12%、粒度彡100 ii m、 纯度彡99. 6%的氧化锡5?8%、粒度为0. 02?5 ii m、纯度彡99. 8%的碳酸钙6?7%、其余 为粒度< 70 ii m、纯度彡99. 3%的铜粉。
2. 根据权利要求1所述的铜基复合材料，其特征在于含有以下质量百分含量的组分， 钥粉6%、石墨粉8%、硼化钛7%、氧化银8%、氧化锡6%、碳酸钙6. 5%、其余为铜粉。
3. 根据权利要求1所述的铜基复合材料，其特征在于，碳酸钙为微细碳酸钙粉，粒径为 0. 1 u m ~ 1 u m。
4. 基于权利要求1所述的铜基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 将钥粉、石墨粉、硼化钛、氧化银、氧化锡、碳酸钙粉、铜粉混匀后烘干，烘干温度为 155?165°C，烘干时间1?2h ; (2) 过GB6003规定的200目筛； (3) 在600?700MPa的压力下压制成型； (4) 烧结，烧结温度为600?700°C，烧结压力为2?3MPa，保温时间为30?40min ; (5) 降温冷却至15?30°C。
5. 根据权利要求4所述的铜基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（4)升温速率为 80 ?90°C /min。
6. 根据权利要求4所述的铜基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（5)降温速率为 L 5°C /min。
【文档编号】C22C32/00GK104328298SQ201410564286
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】刘莉, 王爽, 邱晶, 刘晓东, 黄明明 申请人:苏州莱特复合材料有限公司