一种TiB2-Al2O3/Cu复合材料的制备方法

本发明属于铜基复合材料制备，具体涉及一种tib2-al2o3/cu复合材料的制备方法。

背景技术：

1、al2o3/cu复合材料由于优异的高温强度，良好的抗高温软化、抗电弧侵蚀能力，被广泛应用于电子电器、新能源汽车以及点焊电极等领域。

2、针对al2o3/cu复合材料开展了诸多研究，公开号为cn102943185a的专利中采用机械合金化法将铜粉与氧化铝粉球磨复合，然后将复合粉末与粘结剂混炼、制粒在注塑机上注射成型之后，经过脱脂烧结制备出弥散铜产品；公开号为cn117399613a的专利采用气雾化法及溶胶-凝胶法制备出cu/γ-al2o3复合粉，等静压，还原，热挤压后得到高性能弥散铜。公开号为cn114045411a的专利提供了一种采用外氧化方式制备氧化铝弥散铜的方法，增强了弥散铝铜坯料的结构强度，得到掺杂相氧化充分，成分控制均匀的氧化铝弥散铜。

3、目前，可以查到的制备氧化铝弥散铜的技术方法较多，但主要还是以粉末冶金的方法为主，尤其是内氧化法最为广泛(如cn103938018a、cn105132736a等专利)由于制备技术限制，内氧化法制备的al2o3/cu复合材料中al2o3增强相体积分数较低，致使al2o3/cu复合材料的综合性能存在极限。公开号为cn109207766a的专利提供了一种通过球磨活化、两级内氧化的制备技术，可制备一种组织可控的高铝含量cu-al2o3纳米弥散铜合金，然而高能球磨容易导致杂质的引入，且工艺流程较为复杂，制备成本较高。因此，如何使al2o3/cu复合材料综合性能得以进一步提升面临着巨大的挑战。

4、基于原位自生技术的混杂增强金属基复合材料设计思路为优化al2o3/cu复合材料的综合性能指明了方向。在al2o3/cu复合材料的制备过程中，添加一些辅助组元可以在一定程度上提高复合材料的性能。公开号为cn101290838a、cn105132736a和cn103993196a的专利分别采用掺cr、掺y及掺加sic等手段制备了多元增强的弥散强化铜材料。tib2颗粒具有高熔点(3253℃)、高硬度(30gpa)、低电阻率(10-4ω.cm)的优点，可以实现对铜基复合材料强度与导电率的协同提升。原位引入tib2颗粒增强al2o3/cu复合材料有望实现其综合性能的提升。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种tib2-al2o3/cu复合材料的制备方法，该方法利用双相混杂增强思路在提升铜基复合材料强度的同时，保证了材料的高导电性，为破解铜基复合材料强度与导电性能倒置关系提供新思路。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种tib2-al2o3/cu复合材料的制备方法，具体按以下步骤实施：

4、步骤1，球磨：将al2o3/cu复合材料粉末、tih2粉末、b粉混合放置于球磨罐中，添加过程控制剂，在惰性气氛保护下进行球磨，得到tih2-b-al2o3/cu混合粉末；

5、步骤2，压制成型：将步骤1得到的tih2-b-al2o3/cu混合粉末倒入冷压模具中在四柱式液压机下冷压成型，得到tih2-b-al2o3/cu混合粉末冷压坯；

6、步骤3，热压烧结：将步骤2得到的tih2-b-al2o3/cu混合粉末冷压坯放置于石墨模具中，将装有冷压坯的石墨模具放置于热压炉中进行烧结，得到tib2-al2o3/cu复合材料。

7、进一步地，步骤1中al2o3/cu复合材料粉末的粒径为5～30μm，tih2粉末纯度99.9％，tih2粉末粒径0.5～3μm，b粉纯度99.9％，b粉粒径300～800nm。

8、进一步地，步骤1中al2o3/cu复合粉末中al2o3质量分数为0.1～0.6wt.％。

9、进一步地，其特征在于，步骤1中无水乙醇过程控制剂添加量为：0.5～3wt％。

10、进一步地，步骤1中al2o3/cu复合材料粉末、tih2粉、b粉质量按照球料比10:1～20:1称取氧化锆球磨珠，球磨转速250～450r/min，球磨时间2～30h。

11、进一步地，步骤2中冷压成型的条件为：压力为50～300mpa，保压时间20～60s。

12、进一步地，步骤3中烧结的具体做法为：烧结环境为真空或惰性气体保护，温度从室温升至800℃，升温速率为20℃/min，在800℃下保温30min，保温结束后温度从800℃升温至850℃-1060℃，升温速率10℃/min，在850℃-1060℃条件下保温1h，保温结束后样品随炉冷却至室温。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、本发明通过机械球磨、冷压成型以及热压烧结实现了al2o3/cu复合材料中tib2颗粒的原位引入，自由调控tib2增强相的含量，双增强相强化铜基复合材料，提升了al2o3/cu复合材料的综合性能。原位生成的al2o3与tib2双相颗粒，具有较高的弹性模量，较高的熔点以及较高的硬度和强度，且与基体之间结合良好，阻碍了塑性变形时位错的移动，提高了复合材料的力学性能，增强相尺寸细小均匀弥散分布，减少了基体内部点阵畸变对电子平均自由程的影响，对导电性损伤较小。al2o3与tib2双相颗粒的共同作用提升了铜基复合材料强度的同时保证了优异的导电率。

技术特征：

1.一种tib2-al2o3/cu复合材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

2.根据权利要求1所述的一种tib2-al2o3/cu复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中al2o3/cu复合材料粉末的粒径为5～30μm，tih2粉末纯度99.9％，tih2粉末粒径0.5～3μm，b粉纯度99.9％，b粉粒径300～800nm。

3.根据权利要求1所述的一种tib2-al2o3/cu复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中al2o3/cu复合粉末中al2o3质量分数为0.1～0.6wt.％。

4.根据权利要求1所述的一种tib2-al2o3/cu复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中无水乙醇过程控制剂添加量为：0.5～3wt％。

5.根据权利要求1所述的一种tib2-al2o3/cu复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中al2o3/cu复合材料粉末、tih2粉、b粉质量按照球料比10:1～20:1称取氧化锆球磨珠，球磨转速250～450r/min，球磨时间2～30h。

6.根据权利要求1所述的一种tib2-al2o3/cu复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中冷压成型的条件为：压力为50～300mpa，保压时间20～60s。

7.根据权利要求1所述的一种tib2-al2o3/cu复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3中烧结的具体做法为：烧结环境为真空或惰性气体保护，温度从室温升至800℃，升温速率为20℃/min，在800℃下保温30min，保温结束后温度从800℃升温至850℃-1060℃，升温速率10℃/min，在850℃-1060℃条件下保温1h，保温结束后样品随炉冷却至室温。

技术总结本发明公开了一种TiB<subgt;2</subgt;‑Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/Cu复合材料的制备方法，包括：步骤1，将Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/Cu复合材料粉末、TiH<subgt;2</subgt;粉末、B粉混合放置于球磨罐中，在惰性气氛保护下球磨，得到TiH<subgt;2</subgt;‑B‑Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/Cu混合粉末；步骤2，将TiH<subgt;2</subgt;‑B‑Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/Cu混合粉末倒入冷压模具中在四柱式液压机下冷压成型，得到TiH<subgt;2</subgt;‑B‑Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/Cu混合粉末冷压坯；步骤3，将TiH<subgt;2</subgt;‑B‑Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/Cu混合粉末冷压坯放置于石墨模具中，在热压炉中进行烧结，得到TiB<subgt;2</subgt;‑Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/Cu复合材料；该方法制备的材料解决了Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/Cu复合材料加工性能差及导电率低的问题，提升了Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/Cu复合材料的综合性能。技术研发人员：姜伊辉,张涵潇,梁淑华,曹飞,王艳芳,李若楠,王敏琪受保护的技术使用者：西安理工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4