一种高强高塑性Cu-Al2O3/Cu复合材料棒材及其制备方法与应用

本发明涉及材料，具体而言，涉及一种高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材及其制备方法与应用。

背景技术：

1、cu-al2o3弥散强化铜合金复合材料具有高强度、高电导率、高抗软化温度等优良性能，是铜基复合材料领域的研究热点。经过多年的研究与开发，cu-al2o3弥散强化铜合金在电阻焊电极、集成电路引线框架、发射管栅支持杆、行波管慢波线、连铸钢结晶器、高强度电力线、微波管结构等方面获得了广泛应用。由于al2o3粒子强化相弥散地分布在铜基体中，能够有效钉扎位错运动和阻碍晶界滑移，使得该合金呈现出高强度、高硬度的特性。然而，随着al2o3含量的增加，cu-al2o3弥散强化铜合金强度获得大幅度提高，而塑性显著降低，即cu-al2o3合金复合材料“高强度-高塑性”存在倒置关系，极大地限制了cu-al2o3铜合金复合材料的进一步推广应用。

2、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材及其制备方法与应用，以解决或改善上述技术问题。

2、本申请可这样实现：

3、第一方面，本申请提供一种高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材，其具有混晶结构，混晶包括细小的al2o3-弥散cu晶粒和粗大的纯cu晶粒；

4、其中，al2o3-弥散cu晶粒的粒径≤1.5μm，在高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材中的含量为40-90wt％；粗大的纯cu晶粒的粒径≥2μm，在高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材中的含量为10-60wt％。

5、在可选的实施方式中，高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材的制备原料包括cual粉末、cu2o粉末以及纯cu粉末；

6、其中，纯cu粉末在制备原料中的含量不超过50wt％；cu2o粉末中氧的含量不低于理论氧化cual粉末中铝所需的氧的含量；

7、cual粉末中al的含量为0.4-1wt％。

8、在可选的实施方式中，cual粉末中al的含量为0.6wt％。

9、在可选的实施方式中，cual粉末的粒径≤150μm；和/或，cu2o粉末的粒径≤0.1μm；和/或，纯cu粉末的粒径≤100μm。

10、在可选的实施方式中，高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材具有以下特征中的至少一种：

11、特征一：高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材的直径为10-30mm，优选为18-20mm；

12、特征二：高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材的抗拉强度不低于392mpa；

13、特征三：高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材的延伸率不低于27％；

14、特征四：高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材的导电率不低于79％。

15、第二方面，本申请提供一种如前述实施方式任一项的高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材的制备方法，包括以下步骤：将高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材的制备原料混合后制备成cu-al2o3/cu复合材料铸锭，随后将cu-al2o3/cu复合材料铸锭进行内氧化处理、还原处理以及热挤压。

16、在可选的实施方式中，制备原料通过冷压成形方式形成cu-al2o3/cu复合材料铸锭。

17、在可选的实施方式中，冷压成形的压力为150-200mpa，保压时间为5-10min。

18、在可选的实施方式中，内氧化处理包括以下特征中的至少一种：

19、特征一：内氧化处理是于非氧化环境下进行；

20、特征二：内氧化处理的温度为850-900℃；

21、特征三：内氧化处理的时间为4-6h。

22、在可选的实施方式中，还原处理包括以下特征中的至少一种：

23、特征一：还原处理是于还原性环境下进行；

24、特征二：还原处理的温度为800-850℃；

25、特征三：还原处理的时间为6-8h。

26、在可选的实施方式中，热挤压包括以下特征中的至少一种：

27、特征一：热挤压的温度为950-980℃；

28、特征二：热挤压的时间为5-15s；

29、特征三：热挤压的挤压比为25:1-30:1。

30、第三方面，本申请提供一种如前述实施方式任一项的高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材的应用，例如可用于制备电阻焊电极、集成电路引线框架、发射管栅支持杆、行波管慢波线、连铸钢结晶器、高强度电力线或微波管结构。

31、本申请的有益效果包括：

32、本申请提供的cu-al2o3/cu复合材料棒材具有混晶结构，其中，细小的al2o3-弥散cu晶粒能够为棒材提供较高的强度，粗大的纯cu晶粒可为棒材提供较高的塑性。通过特定的混晶比例，可有效改善cu-al2o3/cu复合材料“高强度-高塑性”的倒置关系，提高棒材的综合性能。

33、该cu-al2o3/cu复合材料棒材的制备工艺操作简单，生产成本低，可行性高，适合批量生产。所得的高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材可用于制备电阻焊电极、集成电路引线框架、发射管栅支持杆、行波管慢波线、连铸钢结晶器、高强度电力线或微波管结构等。

技术特征：

1.一种高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材，其特征在于，所述高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材具有混晶结构，所述混晶包括细小的al2o3-弥散cu晶粒和粗大的纯cu晶粒；

2.根据权利要求1所述的高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材，其特征在于，所述高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材的制备原料包括cual粉末、cu2o粉末以及纯cu粉末；

3.根据权利要求2所述的高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材，其特征在于，所述cual粉末的粒径≤150μm；和/或，所述cu2o粉末的粒径≤0.1μm；和/或，所述纯cu粉末的粒径≤100μm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材，其特征在于，所述高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材具有以下特征中的至少一种：

5.一种如权利要求1-4任一项所述的高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材的制备原料混合后制备成cu-al2o3/cu复合材料铸锭，随后将所述cu-al2o3/cu复合材料铸锭进行内氧化处理、还原处理以及热挤压。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述制备原料通过冷压成形方式形成所述cu-al2o3/cu复合材料铸锭；

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，内氧化处理包括以下特征中的至少一种：

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，还原处理包括以下特征中的至少一种：

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，热挤压包括以下特征中的至少一种：

10.一种如权利要求1-4任一项所述的高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材的应用，其特征在于，所述高强高塑性cu-al2o3/cu复合材料棒材用于制备电阻焊电极、集成电路引线框架、发射管栅支持杆、行波管慢波线、连铸钢结晶器、高强度电力线或微波管结构。

技术总结
本发明公开了一种高强高塑性Cu‑Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/Cu复合材料棒材及其制备方法与应用，属于材料技术领域。该棒材具有混晶结构，其中，细小的Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;‑弥散Cu晶粒的粒径≤1.5μm，粗大的纯Cu晶粒的粒径≥2μm；细小晶粒在棒材中的含量为40‑90wt％，余量为粗大晶粒。上述细小的Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;‑弥散Cu晶粒能为棒材提供较高的强度，粗大的纯Cu晶粒可为棒材提供较高的塑性。通过上述混晶比例，可有效改善Cu‑Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/Cu复合材料“高强度‑高塑性”的倒置关系，提高棒材的综合性能。上述棒材的制备包括：将制备原料混合后制备成铸锭，随后进行内氧化处理、还原处理及热挤压。该制备工艺操作简单，生产成本低，可行性高。

技术研发人员：甘春雷,周楠,陈志辉
受保护的技术使用者：广东省科学院新材料研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24