專利名稱：：采用Ce-CuCr預(yù)合金粉末制備Cu/Cr₂O₃復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種采用Ce-CuCr預(yù)合金粉末制備Cu/Cr203復(fù)合材料的方法。
背景技術(shù)：
：氧化物粒子增強(qiáng)銅基復(fù)合材料由于具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性以及良好的高溫性能，因此在電極材料、電接觸材料及集成電路引線框架材料等方面有廣闊的應(yīng)用前景。為了實現(xiàn)氧化物彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料高溫下兼?zhèn)涓邚?qiáng)度和高傳導(dǎo)性，氧化物質(zhì)點必須以細(xì)小的尺寸均勻分布在銅基體中。為了達(dá)到這一目標(biāo)，目前的研究主要集中在優(yōu)化制備工藝和改進(jìn)制備方法方面，現(xiàn)有的制備方法中，內(nèi)氧化法被公認(rèn)為是最佳的合成方法。內(nèi)氧化法是將Cu基合金粉末中的合金元素氧化成細(xì)小、均勻分布的氧化物質(zhì)點，以達(dá)到彌散強(qiáng)化的目的。但是無論是內(nèi)氧化銅中的Al或Cr，在內(nèi)氧化的后期，均存在氧化速率緩慢、生成的氧化物在晶界偏聚的現(xiàn)象，因而限制了內(nèi)氧化方法的廣泛應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種采用Ce-CuCr預(yù)合金粉末制備Cu/Cr203復(fù)合材料的方法，該方法制得的0!/0203復(fù)合材料不僅高溫下具有高強(qiáng)度和高傳導(dǎo)的性能，而且解決了生成的氧化物容易在晶界—生偏聚的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，采用Ce-CuCr預(yù)合金粉末制備Cu/Cr203復(fù)合材料的方法，按以下步驟進(jìn)行，步驟a、制備Ce-銅中間合金粉末將銅棒鉆孔，把細(xì)條狀Ce放入孔中，用銅粉密封后放到坩堝里，在真空爐中進(jìn)行熔煉，熔煉成Ce占總重量10%的Cu—Ce中間合金，將該Cu一Ce中間合金霧化成粉末，將該粉末過篩，得到粒度為100200um的中間合金粉末；步驟b、制備預(yù)合金粉末分別稱取銅粉、鉻粉和上步制得的Cu—C^中間合金粉末，鉻粉的重量為銅粉重量的3%，Cu—Ce中間合金粉末的量為使Cu—Ce中間合金粉末中Ce的重量占銅粉重量的0.05%0.12%，將上述稱量好的Cu—Ce中間合金粉末、鉻粉以及少量的酒精一起放入100120r/min的臥式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，控制球料比為10:112:1，球磨46小時后，加入上述稱量好的銅粉再進(jìn)行球磨，控制球料比為15:120:1，球磨4048小時，得到預(yù)合金粉末；步驟c、制備復(fù)合粉末將上步制得的預(yù)合金粉末中加入氧化亞銅粉進(jìn)行球磨，使預(yù)合金粉末中Cr與氧化亞銅粉的質(zhì)量比為2:l，控制球料比為15:120:1，球磨1012小時，得到復(fù)合粉末；步驟d、燒結(jié)將上步制得的復(fù)合粉末冷壓成型后，在真空爐中燒結(jié)，即制得0!/0"203復(fù)合材料。本發(fā)明的方法，采用添加Ce元素來制備t:u/Cr203復(fù)合材料，由于Ce元素和銅的原子半徑相差很大，Ce元素的添加會給銅造成很大的晶格畸變，這給氧的擴(kuò)散提供了快速擴(kuò)散通道，從而促進(jìn)了內(nèi)氧化的進(jìn)行，避免了在晶界產(chǎn)生偏聚的現(xiàn)象；同時，Ce元素的添加可以凈化基體，細(xì)化晶粒，Ce和雜質(zhì)形成高熔點化合物，還可以起到釘扎作用，進(jìn)一步提高了材料的高溫性能。圖1是本發(fā)明制備方法的工藝流程圖2是01/&203復(fù)合材料的顯微組織圖，其中a為本發(fā)明方法得到的復(fù)合材料顯微組織圖，b為未添加Ce的復(fù)合材料顯微組織圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。參照圖l，本發(fā)明的制備方法，按以下步驟實施步驟a、制備Ce-銅中間合金粉末將銅棒鉆孔，把細(xì)條狀Ce放入孔中，用銅粉密封后放到坩堝里，使用ZRS-18Q型微機(jī)程控真空燒結(jié)爐進(jìn)行熔煉，熔煉成Ce占總重量10%的Cu一Ce中間合金。控制真空度為l(T2l(T3Pa，熔煉時采用分段保溫40分鐘將溫度升到卯0920。C，保溫2025分鐘，然后再繼續(xù)升溫至11801200°C，保溫3035分鐘，最后隨爐冷卻。采用常規(guī)的水霧化制粉裝置將該Cu—Ce中.間合金霧化成粉末，將該粉末過篩，得到粒度為100200um的中間合金粉末。該步驟中，采用將Ce放入銅棒的孔中進(jìn)行熔煉的方法，由于Ce非?；顫?，只要有微量的氧就會生成氧化物，因此該方法使Ce盡量與銅直接接觸，先局部形成中間合金，再進(jìn)行均勻化，該方法可以使Ce的吸收率達(dá)到83.06%。選擇分段保溫可以讓Ce盡可能多的溶解在銅中，根據(jù)相圖，當(dāng)Ce含量為10%時，815"C是Ce與Cu的共晶點，因此應(yīng)該選擇在此溫度下進(jìn)行合金化，但是考慮到熔煉爐的測溫點與具體熔煉部位的溫差及熔煉需要一定的過熱度，經(jīng)試驗測定先在900920'C局部形成中間合金后，再過熱到銅的熔點之上，讓熔體具有很好的流動性，同時進(jìn)行均勻化。步驟b、制備預(yù)合金粉末分別稱取銅粉、鉻粉和上步制得的Cu—Ce中間合金粉末，鉻粉的重量為銅粉重量的3%，Cu—Ce中間合金粉末的量為使Cu-Ce中間合金粉末中Ce的重量占銅粉重量的0.05%0.12%，將上述稱量好的Cu—Ce中間合金粉末、鉻粉以及少量的酒精一起放入100120r/min的臥式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，控制球料比為10:112:1，球磨46小時后，加入上述稱量好的銅粉再進(jìn)行球磨，控制球料比為15:120:1，球磨4048小時，得到預(yù)合金粉末。該步驟采用了分步球磨，將Ce和鉻先進(jìn)行預(yù)磨是為了讓兩者先充分接觸，選擇這樣的球磨參數(shù)一方面保證兩者的充分接觸(若與銅一起球磨，銅粉會將兩者分隔，起不到添加Ce影響內(nèi)氧化的效果)，另一方面又要避免過度球磨產(chǎn)生的不利反應(yīng)。選擇適宜的球磨參數(shù)是根據(jù)球磨機(jī)轉(zhuǎn)速、球料比、球磨時間共同匹配，達(dá)到每一種工藝要求的效果。步驟c、制備復(fù)合粉末將上步制得的預(yù)合金粉末中加入氧化亞銅粉進(jìn)行球磨，使預(yù)合金粉末中Cr與氧化亞銅粉的質(zhì)量比為2:l，控制球料比為15:120:1，球磨1012小時，得到復(fù)合粉末；步驟d、燒結(jié)將上步制得的復(fù)合粉末冷壓成型后，在真空爐中燒結(jié)，控制燒結(jié)工藝為900。C以下采用20°C/min的升溫速率，90(TC以上采用10°C/min的升溫速率，燒結(jié)溫度為980°C1020°C，真空度0.5X1(T2'1.0Xl(T3Pa，保溫12小時，即制得01/0203復(fù)合材料。該步驟中采用的分段升溫方式可以避免在升溫過程中Ce和鉻在銅中的過度溶解。實施例1將銅棒鉆孔，把細(xì)條狀Ce放入孔中，用銅粉密封后放到坩堝里，使用ZRS-18Q型微機(jī)程控真空燒結(jié)爐進(jìn)行熔煉，熔煉成Ce占總重量10%的Cu一Ce中間合金。熔煉工藝為真空度為10—2Pa，40分鐘將溫度升到900920°C，保溫20分鐘，然后再繼續(xù)升溫至1180120(TC，保溫時間為30分鐘，最后隨爐冷卻，得到Cu—Ce中間合金；將得到的中間合金霧化成粉末，將該粉末過篩，得到粒度為100200um的Cu—Ce中間合金粉末。分別稱取平均粒度55um的銅粉50g、平均粒度55um的鉻粉1.5g和上步制得的Cu—Ce中間合金粉末0.3010g(使Ce含量為銅的0.05wt%，故所需Ce的量為0.025g，則球磨時所要添加的中間合金Cu-Ce的量為0.025+(10%X83.06%)=0.3010g，其中熔煉的中間合金為Cu-10Ce，Ce的吸收率為83.06%)。將0.3010g的Cu—Ce中間合金粉末、1.5g的鉻粉以及少量酒精一起放入100120r/min的臥式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，控制球磨轉(zhuǎn)速為120r/分鐘，球料比為IO丄球磨5小時后，加入50g銅粉一起進(jìn)行球磨，控制球料比為20:1，球磨40小時，得到預(yù)合金粉末。再加入氧化亞銅粉0.75g，控制球料比20:1，球磨10小時，得到復(fù)合粉末。采用常規(guī)的粉末冶金方法將復(fù)合粉末成型，在真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為90(TC以下采用2(TC/分鐘的升溫速率，90(TC以上采用1(TC/分鐘的升溫速率，燒結(jié)溫度為980°C，真空度0.5Xl(T2Pa，保溫1小時，即制得Cu/Cr203復(fù)合材料。實施例2按實施例1所述方法制備Cu—Ce中間合金粉末，控制真空度為10—3Pa，熔煉工藝為40分鐘將溫度升到90(TC，保溫25分鐘，然后再繼續(xù)升溫至11801200°C，保溫時間為35分鐘。分別稱取平均粒度55um的銅粉50g、平均粒度55um的鉻粉1.5g和上步制得的Cu—Ce中間合金粉末0.6020g(使Ce含量為銅的0.1wt%，故所需Ce的量為0.05g，則球磨時所要添加的中間合金01《6的量為0.05+(10%X83.06%)=0.6020g，其中熔煉的中間合金為Cu-10Ce，Ce的吸收率為83.06%)。將0.6020g的Cu—Ce中間合金粉末、1.5g的鉻粉以及少量酒精一起放入100120r/min的臥式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，控制球磨轉(zhuǎn)速為100r/分鐘，球料比為12:1，球磨6小時后，加入50g銅粉一起進(jìn)行球磨，控制球料比15丄球磨48小時，得到預(yù)合金粉末。再加入氧化亞銅粉0.75g，控制球料比15:1，球磨12小時，得到復(fù)合粉末。將復(fù)合粉末冷壓后，在真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為900°C以下采用20°C/分鐘的升溫速率，90(TC以上采用lCTC/分鐘的升溫速率，燒結(jié)溫度為1020°C，真空度1.0Xl(T3Pa，保溫1小時，即制得01/0"203復(fù)合材料。實施例3按實施例1所述方法制備Cu—Ce中間合金粉末，控制真空度為0.5X10'2Pa，熔煉工藝為40分鐘將溫度升到900920°C,保溫23分鐘，然后再繼續(xù)升溫至11801200°C，保溫時間33分鐘。分別稱取平均粒度55um的銅粉50g、平均粒度55um的鉻粉1.5g和上步制得的Cu—Ce中間合金粉末0.7224g(Ce含量為銅的0.12wt%，故所需Ce的量為0.06g，則球磨時所要添加的中間合^01<;6的量為0.06+(10%X83.06%)=0.7224g，其中熔煉的中間合金為.Cu-lOCe，Ce的吸收率為83.06%)。將0.7224g的Cu—Ce中間合金粉末、1.5g的鉻粉以及少量酒精一起放入100120r/min的臥式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，控制球磨轉(zhuǎn)速為110r/分鐘，球料比為11:1，球磨4小時后，加入50g銅粉一起進(jìn)行球磨，控制球料比18:1,球磨45小時，得到預(yù)合金粉末；再加入氧化亞銅粉0.75g，控制球料比18:1，球磨11小時，得到復(fù)合粉末。將復(fù)合粉末冷壓后，在真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為90CTC以下采用20°C/分鐘的升溫速率，卯(TC以上采用10。C/分鐘的升溫速率，燒結(jié)溫度為IOO(TC，真空度2.5X10'3Pa，保溫1.5小時，即制得Cu/Cr203復(fù)合材料。本發(fā)明實施例3制備得到的0!/0"203復(fù)合材料與不添加Ce的復(fù)合材料相應(yīng)參數(shù)的對比見下表所示，S'w越小顆粒分布越均勻。Cu/Cr203復(fù)合材料的性能對比表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>從上表可以看出，本發(fā)明方法得到的復(fù)合材料中0203的生成率、分布以及復(fù)合材料的致密度均得到提高。圖2提供了本發(fā)明方法得到的復(fù)合材料(a)和未添加Ce的復(fù)合材料(b)顯微組織對比圖，由圖中可以看出，添加Ce后，0203的分布狀況得到明顯改善。權(quán)利要求1.一種采用Ce-CuCr預(yù)合金粉末制備Cu/Cr2O3復(fù)合材料的方法，其特征在于，該方法按以下步驟進(jìn)行，步驟a、制備Ce-銅中間合金粉末將銅棒鉆孔，把細(xì)條狀Ce放入孔中，用銅粉密封后放到坩堝里，在真空爐中進(jìn)行熔煉，熔煉成Ce占總重量10％的Cu-Ce中間合金，將該Cu-Ce中間合金霧化成粉末，將該粉末過篩，得到粒度為100～200um的中間合金粉末；步驟b、制備預(yù)合金粉末分別稱取銅粉、鉻粉和上步制得的Cu-Ce中間合金粉末，鉻粉的重量為銅粉重量的3％，Cu-Ce中間合金粉末的量為使Cu-Ce中間合金粉末中Ce的重量占銅粉重量的0.05％～0.12％，將上述稱量好的Cu-Ce中間合金粉末、鉻粉以及少量的酒精一起放入100～120r/min的臥式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，控制球料比為10∶1～12∶1，球磨4～6小時后，加入上述稱量好的銅粉再進(jìn)行球磨，控制球料比為15∶1～20∶1，球磨40～48小時，得到預(yù)合金粉末；步驟c、制備復(fù)合粉末將上步制得的預(yù)合金粉末中加入氧化亞銅粉進(jìn)行球磨，使預(yù)合金粉末中Cr與氧化亞銅粉的質(zhì)量比為2∶1，控制球料比為15∶1～20∶1，球磨10～12小時，得到復(fù)合粉末；步驟d、燒結(jié)將上步制得的復(fù)合粉末冷壓成型后，在真空爐中燒結(jié)，即制得Cu/Cr2O3復(fù)合材料。2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟a中，控制真空度為l(T2l(T3Pa，熔煉時采用分段保溫40分鐘將溫度升到90092(TC，保溫2025分鐘，然后再繼續(xù)升溫至11801200°C，保溫3035分鐘，最后隨爐冷卻。3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟d中，控制燒結(jié)工藝為卯(TC以下采用20°C/min的升溫速率Z900。C以上采用10°C/min的升溫速率，燒結(jié)溫度為980。C1020。C,真空度0.5X10-21.0X10-3Pa，保溫12小時。全文摘要本發(fā)明公開的一種采用Ce-CuCr預(yù)合金粉末制備Cu/Cr₂O₃復(fù)合材料的方法，首先制備Ce-銅中間合金粉末，再將Ce-銅中間合金粉末中分別加入Cr粉、銅粉進(jìn)行球磨，得到預(yù)合金粉末；再將預(yù)合金粉末和氧化亞銅粉球磨，得到復(fù)合粉末，最后將復(fù)合粉末冷壓成型，真空燒結(jié)，即制得Cu/Cr₂O₃復(fù)合材料。本發(fā)明方法制得的復(fù)合材料致密度高，增強(qiáng)粒子Cr₂O₃生成率高，而且在銅基體上分布均勻。文檔編號C22C1/04GK101338387SQ20081015059公開日2009年1月7日申請日期2008年8月12日優(yōu)先權(quán)日2008年8月12日發(fā)明者代衛(wèi)麗,梁淑華,范志康申請人:西安理工大學(xué)