一种铜基复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种铜基复合材料的制备方法，所述方法以铜粉和碳化锆粉为原料，采用球磨机对原材料进行球磨，球磨介质为碳化锆球，球磨过程中在球磨罐内充入高纯氩气并密封。球磨后将混合粉末放入石墨模具中，利用真空热压炉进行烧结，在最高烧结温度时保持恒温并施加压力。烧结结束后卸压，随炉冷却至室温，所制备的材料即为本发明铜基复合材料。本发明方法简单，制备的铜基复合材料具有优良的耐磨损性能和易加工性能，适用于制作受冲击和易磨损工况环境中的部件。

权利要求

1.一种铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S100、将混合粉体放入球磨罐中加入球磨介质进行球磨；

S200、将球磨后的混合粉体放入石墨模具中，然后一同放置在真空热压炉中进行烧结；

S300、烧结结束后卸压，随炉冷却至室温，所制备的材料即为铜基复合材料；所述步骤S100中的混合粉体成分为铜粉和碳化锆粉，其中铜粉和碳化锆粉按质量百分比99.5～92.5∶0.5～7.5配比；所述铜粉的粒径分布为3～5μm，纯度为99.97％；碳化锆粉的粒径分布为3～5μm，纯度为99.99％；所述步骤S100中球磨时间为1～3小时，球磨介质为ZrC球，球磨罐转速为200r/min，球磨过程中在球磨罐内充入高纯氩气并密封；所述步骤S200中真空热压烧结时最高烧结温度为875℃，升温速率为15℃/min；所述步骤S200中复合材料在最高烧结温度烧结保持恒温10～15min，烧结的同时向真空热压炉施加30～40MPa的压力。

说明书

一种铜基复合材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及材料合成制备领域，特别涉及一种铜基复合材料的制备方法。技术背景

[0002] 铜材料具有良好的导电、导热和易于加工性能，广泛应用在轴承、衬套、齿轮、接头和摩擦等组件上。然而，由于纯铜材料强度低、耐磨性差，导致寿命较短，使用范围受到限制。在一些特定领域，需要在保留纯铜材料的金属特性的同时提高其力学性能和机械性能。

[0003] 碳化锆是一种具有金属属性的高硬材料，电导率可达2.3×104S/cm，导电能力与金属相当，作为强化第二相在改善金属材料力学性能方面具有较好的应用前景。但现在大部分技术在制备过程需在氢气氛中进行，危险性高，工艺复杂，控制参数较多，需要精确控制反应温度，难以保证产品质量。

发明内容

[0004] 基于此，本发明公开了一种统计复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

[0005] S100、将混合粉体放入球磨罐中加入球磨介质进行球磨；

[0006] S200、将球磨后的混合粉体放入石墨模具中，然后一同放置在真空热压炉中进行烧结；

[0007] S300、烧结结束后卸压，随炉冷却至室温，所制备的材料即为铜基复合材料。

[0008] 本发明所公开的方法简便，所需控制的工艺参数较少，克服了其他方法工艺参数控制复杂、产品质量难以保证的缺点。

具体实施方式

[0009] 在一个实施例中，本发明公开了一种统计复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

[0010] S100、将混合粉体放入球磨罐中加入球磨介质进行球磨；

[0011] S200、将球磨后的混合粉体放入石墨模具中，然后一同放置在真空热压炉中进行烧结；

[0012] S300、烧结结束后卸压，随炉冷却至室温，所制备的材料即为铜基复合材料。

[0013] 本实施例中所述的方法简单，制备的铜基复合材料具有优良的耐磨损性能和易加工性能，适用于制作受冲击和易磨损工况环境中的部件。

[0014] 在一个实施例中，所述步骤S100中的混合粉体成分为铜粉和碳化锆粉，其中铜粉和碳化锆粉按质量百分比99.5～92.5∶0.5～7.5配比。

[0015] 在一个实施例中，所述铜粉的粒径分布为3～5μm，纯度为99.97％；碳化锆粉的粒径分布为3～5μm，纯度为99.99％。

[0016] 在一个实施例中，所述步骤S100中球磨时间为1～3小时，球磨介质为ZrC球，球磨罐转速为200r/min，球磨过程中在球磨罐内充入高纯氩气并密封。

[0017] 在一个实施例中，所述步骤S200中真空热压烧结时最高烧结温度为850～900℃，升温速率为15℃/min。

[0018] 在一个实施例中，所述步骤S200中复合材料在最高烧结温度烧结保持恒温10～15min，烧结的同时向真空热压炉施加30～40MPa的压力。

[0019] 在一个实施例中，将铜粉(粒径分布为3～5μm，纯度为99.97％)和碳化锆粉(粒径分布为3～5μm，纯度为99.99％)混合粉按质量百分比99.5∶0.5放入球磨罐中球磨2h，球磨介质为碳化锆球，球粉比为5∶1，转速为200r/min，球磨过程中在球磨罐内充入高纯氩气并密封；球磨后混合粉体放入石墨模具中，一同放置在真空热压炉中进行烧结，最高烧结温度为850℃，升温速率为15℃/min；在最高烧结温度保温10min并施加30MPa的压力。烧结结束后卸压，随炉冷却至室温，所制备的铜基复合材料的显微维氏硬度为138.9HV0.2，在载荷20N、磨损时间10min条件下摩擦系数和磨损量分为0.613、7.38×10-2mm3。

[0020] 在一个实施例中，将铜粉(粒径分布为3～5μm，纯度为99.97％)和碳化锆粉(粒径分布为3～5μm，纯度为99.99％)混合粉按质量百分比96.0∶4.0放入球磨罐中球磨2h，球磨介质为碳化锆球，球粉比为5∶1，转速为200r/min，球磨过程中在球磨罐内充入高纯氩气并密封；球磨后混合粉体放入石墨模具中，一同放置在真空热压炉中进行烧结，最高烧结温度为875℃，升温速率为15℃/min；在最高烧结温度保温12.5min并施加35MPa的压力。烧结结束后卸压，随炉冷却至室温，所制备的铜基复合材料的显微维氏硬度为150.1HV0.2，在载荷20N、磨损时间10min条件下摩擦系数和磨损量分为0.675、7.12×10-2mm3。

[0021] 在一个实施例中，将铜粉(粒径分布为3～5μm，纯度为99.97％)和碳化锆粉(粒径分布为3～5μm，纯度为99.99％)混合粉按质量百分比92.5∶7.5放入球磨罐中球磨2h，球磨介质为碳化锆球，球粉比为5∶1，转速为200r/min，球磨过程中在球磨罐内充入高纯氩气并密封；球磨后混合粉体放入石墨模具中，一同放置在真空热压炉中进行烧结，最高烧结温度为900℃，升温速率为15℃/min；在最高烧结温度保温15min并施加40MPa的压力。烧结结束后卸压，随炉冷却至室温，所制备的铜基复合材料的显微维氏硬度为168.5HV0.2，在载荷20N、磨损时间10min条件下摩擦系数和磨损量分为0.725、6.85×10-2mm3。

[0022] 本发明所公开的方法简便，所需控制的工艺参数较少，克服了其他方法工艺参数控制复杂、产品质量难以保证的缺点。

[0023] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。