一种三维连通网状结构的钼铜复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料制备领域，具体设及一种Ξ维连通网状结构的钢铜复合材料及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 钢铜复合材料综合了钢的高强度、高烙点W及铜的优良的初性、高热、电导率，具 有耐高溫、抗烧蚀、高导热导电率和较低的热膨胀系数等特点。在工业上广泛应用于电子封 装、真空电子器件及导弹药罩，飞机喉衬等军工部件中。特别是其密度比与之功能和性质相 近的鹤铜复合材料更小，更符合航空航天等特殊领域的要求。随着高能电子器件的发展，对 电子封装材料的热导率及电导率的要求越来越高，运就需要钢铜复合材料中铜含量越来越 高。然而对于一般离散型结构的钢铜复合材料而言，铜含量的增加则导致热胀系数的增加 及材料强度的降低，运限制了材料在高能电子器件及导弹等军工领域的使用。随着对钢铜 复合材料的开发，近年又出现了钢/铜/钢层状结构的钢铜复合材料（如专利CN 1843691Α， 公开日2006.10.11 )，及纤维结构钢铜复合材料(专利CN 103451579，公开日2013.12.18)。 前者具有较好的热、电性能，而后者致密性良好，但运两者均具有很强的各向异性。
[0003] 目前钢铜复合材料主要采用混粉烧结法和普通烙渗法。普通烙渗法是将钢粉压制 烧结形成一定孔隙的钢骨架而后进行烙渗;混粉烧结法是将钢粉和铜粉进行混合，再进行 液相烧结。运两种方法都能获得致密性较好的钢铜复合材料，但钢相和铜相分布均较分散， 限制了钢铜两相各自性能的发挥。此外由于钢粉直接压制成型所获的孔隙率有限，而混粉 烧结中若铜含量较高则很难获得致密性较佳的样品，因此运两种方法都难W制备较高铜含 量的样品，运在一定程度上限制了钢铜复合材料在大功率电子器件及其他对导热导电要求 较高领域的应用。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种Ξ维连通网状结构的钢铜复合材料及其 制备方法。该方法制备出的钢铜复合材料兼备层状复合材料及Ξ维立体材料的优点，两相 各成系统又相互缠绕且相互连通。并且可W根据实际需要通过调整技术参数获得所需性能 的钢铜复合材料。本发明所提供材料的制备方法简单，参数调节方便，可制备较高铜含量的 钢铜复合材料，热力学性能良好。
[0005] 本发明解决上述技术问题的技术方案是：
[0006] -种Ξ维连通网状结构的钢铜复合材料，钢相和铜相各成独立系统又相互缠绕且 相互连通，任一截面均为网状钢层包围铜区的结构。
[0007] 上述的Ξ维连通网状结构的钢铜复合材料的制备方法，先利用造孔剂将钢粉制备 成多孔钢生巧，然后与铜进行烙渗得到Ξ维连通网状结构的钢铜复合材料。
[000引进一步地，所述的多孔钢生巧，其制备包括混料、压制和溶解。
[0009] 进一步地，所述的造孔剂百分比与铜含量的关系满足:CGu = Czk+(l-Czk)*10%，式 中，Ccu为钢铜复合材料中铜的百分含量，Czk为多孔钢生巧所需造孔剂百分比；所述钢粉质 量与造孔剂百分比关系为:MM〇 = R*S*(l-Czk)*PM。，所述造孔剂质量与造孔剂百分比关系为： Mc = S*R*Czk*化，R为所选造孔剂的直径，S为所用模具横截面积，Czk为所需造孔剂百分比，PM。 为钢粉密度，化为造孔剂密度;所述的造孔剂优选尿素。
[0010] 进一步地，所述的混料为根据换算关系式计算并称取钢粉与造孔剂的质量，然后 将称取的钢粉与造孔剂依次装入模具，用模具杆轻压尿素，使其嵌入钢粉中，重复上述混料 过程4~8次。
[0011] 进一步地，所述的压制为将混料完毕的模具在液压机上于200~500M化压制成巧。
[0012] 进一步地，所述的溶解为将所得生巧放入50~80°C热水中浸泡2~化W去除生巧 中的尿素。
[0013] 进一步，所述的烙渗，条件为无压真空，溫度为1200~1400°C，时间为2~5小时。
[0014] 进一步地，所述的烙渗前还包括干燥或烧结，所述的干燥，溫度为200~300°C，时 间为2~5小时;所述的烧结，溫度为1400~1600°C，时间为2~4小时。
[0015] 作为优选地，本发明的Ξ维连通网状结构钢铜复合材料的的制备方法，包括W下 步骤：
[0016] (1)根据Ccu = Czk+ (1 -Czk) * 10 %、Mm。= R*S* (1 -Czk) *PM〇及Me = S*R*Czk*化计算并称 取钢粉与尿素的质量，其中R=1.2mm，S = 153.9mm2，pM〇 = i〇.2ig/cm3,pc=l .335g/cm3;
[0017] (2)依次将钢粉、尿素装入模具，重复混料直至达到所需高度；
[0018] (3)混料完毕后于液压机下300MPa压制成型，60°C热水中溶解2小时，250°C干燥3 小时，获得连通结构多孔钢；
[0019] (4)将铜块置于多孔钢上方，用石墨纸包好，置于相蜗中于真空炉中1250°C无压烙 渗3小时；
[0020] (5)烙渗结束后打磨去除表面剩余的少许铜，即得到Ξ维连通网状结构的钢铜复 合材料。
[0021] 本发明的Ξ维贯通自连续网状结构钢铜复合材料，通过制备出孔隙可控立体通孔 多孔钢体，烧结后进行无压烙渗，获得钢相与铜相各自连通且相互缠绕的钢铜复合材料。Ξ 维连通网状结构钢铜复合材料的特征在于:钢相和铜相相互贯通且各自连续形成一个独立 的系统，且两相相互缠绕、相互连通。横截面既可是一定厚度的钢层包围着一定直径的铜区 结构，也可是一定厚度的铜层包围着一定直径的钢区结构，运种结构有效的降低了材料的 热胀系数，同时保证了良好的导热导电性能。复合材料的钢、铜含量及厚度可通过调整多孔 钢骨架制备过程中尿素的添加量及尺寸来控制。通过控制烧结溫度，钢区中也可存在着许 多分散的细小铜组织，运增加了钢区的初性同时有利于热、电的传导。该区域分散的铜组织 为烙融铜填充钢颗粒间隙的微小孔桐而形成。
[0022] 本发明的有益效果在于：
[0023] 1)本发明的Ξ维贯通自连续网状结构钢铜复合材料，宏观上Ξ维连通的钢相与Ξ 维连通的铜相相互缠绕、相互连通，且具有良好的各向同性。
[0024] 2)本发明的Ξ维贯通自连续网状结构钢铜复合材料，钢相、铜相具有独立而连续 的微观结构，其物理性能得W最大的发挥。钢相、铜相的缠绕连通结构有利于热、电的传导。
[0025] 3)本发明的Ξ维贯通自连续网状结构钢铜复合材料，钢、铜两相形成互锁结构，降 低了材料的热膨胀系数同时又保证了良好的热、电传输性能。拓宽了高铜含量钢铜复合材 料在电子封装及军工领域中的应用。
[0026] 4)本发明的Ξ维贯通自连续网状结构钢铜复合材料，钢相内含有的分散细小的铜 相增加了钢骨架的初性，从而提高复合材料的初性，同时有利于热、电的传导。
[0027] 5)本发明的Ξ维贯通自连续网状结构钢铜复合材料可根据需要调整钢、铜两相的 含量及厚度，W获得所需物理性能。且各相含量可调节范围宽，可获得较高铜含量的钢铜复 合材料。
[0028] 6)本发明制备方法简单，操作方便，成本低廉，实用性强。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明的制备工艺流程框图。
[0030] 图2为本发明实施例1制备的Ξ维连通网状结构钢铜复合材料截面低倍宏观照片， 显示了钢相包围着铜相，钢铜两相相互桥连。
[0031] 图3为本发明实施例1制备的Ξ维连通网状结构钢铜复合材料钢区光学显微结构 照片，显示了该结构中存在着许多细小的铜组织，保证了钢区良好的初性及导电导热能力。
[0032] 图4为本发明实施例1制备的Ξ维连通网状结构钢铜复合材料钢区背散射扫描图， 显示钢被铜网状结构包围着，且孔隙很少，材料具有良好的致密性。
[0033] 图5为本发明实施例1制备的Ξ维连通网状结构钢铜复合材料动态压缩后的界面 状况，显示即使受到冲击载荷及大尺度变形，界面依然保持良好，未出现脱粘现象，标明其 界面结合状况良好，保证了热、电的传输及良好的力学性能。
[0034] 图6为本发明实施例1至3制备的Ξ维连通网状结构钢铜复合材料的动态压