Al₂O₃/Cu復合材料的制備工藝的制作方法

專利名稱：Al₂O₃/Cu復合材料的制備工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種A1203/CU復合材料的制備工藝，屬于金屬-陶瓷復合材料范圍，彌散強化材料領域。
背景技術：
彌散強化銅合金是一類具有優(yōu)良綜合物理性能和力學性能的結構功能材料，廣泛的應用于電力、電子、機械等工業(yè)領域，可用做電氣工程開關觸橋、連鑄機結晶器內襯、集成電路引線框架、大功率異步牽引電動機轉子、電氣化鐵路接觸導線、熱核實驗反應堆偏濾器垂直靶散熱片、高脈沖磁場導體材料等，并在這些領域有著其他材料不可替代的優(yōu)勢。 A1203/Cu復合材料在高溫下具有較強的抗氧化性能，具有較高的軟化溫度(1000K)，可以在不過多犧牲熱導率和電導率的前提下，改善銅的力學性能，尤其是耐熱穩(wěn)定性。因此，采用 A1203/Cu復合材料制備的點焊電極抗軟化溫度高、不易發(fā)生合金化和變形、焊點質量好，特別適用于鍍鋅鋼板和鋁合金等低熔點鍍層鋼板的電阻點焊。涉及A1203/CU復合材料制備方法的專利很多，公開號為CN94112582. 3的專利公開了一種彌散強化銅電阻焊電極的制備方法，該專利選用Al2O3含量為0. 5wt% -3wt% 的Al2O3與Cu的混合粉末在球磨機中機械合金化，然后在3-17T/cm2的壓力下冷壓成坯， 750°C-850°C熱擠壓成棒材。公開號為CN00122913.3含有氧化物彌散強化銅的鉻鋯銅棒材生產(chǎn)工藝方法也采用這種方法進行A1203/CU復合材料的制備，然后將A1203/CU復合材料鑄造在鉻鋯銅中，經(jīng)熱擠壓形成棒材。Al2O3與Cu的潤濕性差、密度差異較大，上述技術采用常規(guī)的熔煉和機械合金化等制備方法只是對粉末的機械混合，Al2O3與Cu的顯微結合很差、 Al2O3在銅基體上達不到均勻分布的效果，制備的A1203/Cu復合材料性能較差，工業(yè)化應用的前景不大。內氧化法雖然解決了 Al2O3在銅基體上分布的均勻性問題，但內氧化法制備工藝復雜，對設備和工藝的要求高，成本大，極大的限制了該方法的應用。與上述專利相比，本發(fā)明采用化學鍍的方法對Al2O3增強顆粒進行表面鍍銅處理、從根本上解決了 Al203/Cu復合材料在制備過程中的關鍵技術問題，不僅簡化了 A1203/CU復合材料的制備工藝，還提高了 A1203/Cu復合材料的綜合性能。制備的點焊電極性能優(yōu)異，焊接壽命長。

發(fā)明內容
針對上述技術目的，本發(fā)明從現(xiàn)有技術中存在問題的本質入手，對Al2O3增強顆粒進行表面化學鍍銅處理，不僅解決了 Al2O3陶瓷顆粒與銅基體的界面相容性問題，還減小了 Al2O3與Cu的密度差異。本發(fā)明的技術方案為一種Al203/Cu復合材料的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟(1)準備材料選用粒度為0. 5-5 μ m的Al2O3粉與1-50 μ m的電解銅粉，Al2O3的含量為 0. 5wt% -2. 5wt% ；
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(2)制備a)、鍍銅對上述Al2O3顆粒進行表面化學鍍銅處理；b)、壓制將處理后的Al2O3與電解銅粉均勻混合，然后冷壓制坯；c)、燒結將所制生坯在保護氣氛中進行燒結。進一步的技術方案還包括所述步驟a)鍍銅還包括鍍前預處理，所述鍍前預處理的步驟依次為分散-堿洗-粗化-敏化-活化，Al2O3粉末經(jīng)預處理后，再進行表面化學鍍銅處理。上述的Al2O3粉末鍍前預處理具體為先將Al2O3在2. 5g/L的陰離子型表面活性劑溶液中進行顆粒分散，然后在NaOH水溶液中進行堿洗，在鹽酸水溶液中進行粗化，再在 SnCl2鹽酸水溶液中敏化，最后采用PdCl2鹽酸水溶液在恒溫條件下進行活化，預處理的每個步驟結束后均需清洗Al2O3粉末，以去除表面的殘留溶液。用來化學鍍銅的溶液成分如下CuSO4 · 5H20 3-7g/L ；EDTA-2A5_15g/L ；NaOH5_15g/L ；甲醛5_15ml/L;pH 值11-13;穩(wěn)定劑。所述燒結工藝為在氬氣或氮氣保護氛圍下，在840°C _960°C燒結1H。冷壓壓坯的壓制力選為1. 5T/cm2-7. 5T/cm2。本發(fā)明的有益效果是1、制備工藝簡單、成本低、易于操作和工業(yè)化生產(chǎn)。2、制備的Al203/Cu復合材料綜合性能優(yōu)異，具有較高的密度和顯微維氏硬度，并且具有良好的導電性能。


圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施方式
，對本發(fā)明作進一步的介紹以鍍鋅鋼板的電阻點焊電極為例，選用粒度為0. 5-5 μ m的Al2O3粉(雜質含量不超過0. Wt)與1-50 μ m的高純度電解銅粉，Al2O3的含量為2wt%。(I)Al2O3粉末化學鍍銅1)、鍍前預處理先將Al2O3在2. 5g/L的陰離子型表面活性劑溶液中進行顆粒分散，然后在NaOH水溶液中進行堿洗，在鹽酸水溶液中進行粗化，再在SnCl2鹽酸水溶液中敏化，最后采用PdCl2鹽酸水溶液在恒溫條件下進行活化，預處理的每個步驟結束后均需清洗Al2O3粉末，以去除表面的殘留溶液。2)、對Al2O3粉末顆粒表面進行化學鍍銅，化學鍍銅溶液的組成見表1，化學鍍銅結束后，鍍銅的Al2O3粉末可在氬氣保護下，40°C烘干15min，密封保存。
表1化學鍍銅溶液
權利要求
1.一種A1203/CU復合材料的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟 準備材料選用粒度為0. 5-5μπι的Al2O3粉與1-50μπι的電解銅粉，Al2O3的含量為0. 5 wt %-2. 5wt% ； 制備a)、鍍銅對上述Al2O3顆粒進行表面化學鍍銅處理；b)、壓制將處理后的Al2O3與電解銅粉均勻混合，然后冷壓制坯；c)、燒結將所制生坯在保護氣氛中進行燒結。
2.根據(jù)權利要求1所述的Al2O3/Cu復合材料的制備工藝，其特征在于所述步驟a)鍍銅還包括鍍前預處理，所述鍍前預處理的步驟依次為分散-堿洗-粗化-敏化-活化，Al2O3粉末經(jīng)預處理后，再進行表面化學鍍銅處理。
3.根據(jù)權利要求2所述的Al2O3/Cu復合材料的制備工藝，其特征在于Al2O3粉末鍍前預處理先將Al2O3在2. 5g/L的陰離子型表面活性劑溶液中進行顆粒分散，然后在NaOH水溶液中進行堿洗，在鹽酸水溶液中進行粗化，再在SnCl2鹽酸水溶液中敏化，最后采用PdCl2鹽酸水溶液在恒溫條件下進行活化，預處理的每個步驟結束后均需清洗Al2O3粉末，以去除表面的殘留溶液。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一權利要求所述的Al2O3/Cu復合材料的制備工藝，其特征在于所述化學鍍銅采用的溶液為 CuSO4 · 5H20 3-7g/L ； EDTA-2A5-15g/L ；NaOH5-15g/L ；甲醛5-15ml/L ；PH 值11-13;穩(wěn)定劑。
5.根據(jù)權利要求1-3中任一權利要求所述的Al2O3/Cu復合材料的制備工藝，其特征在于所述燒結工藝為在氬氣或氮氣保護氛圍下，在840°C _960°C燒結1H。
6.根據(jù)權利要求1-3中任一權利要求所述的Al2O3/Cu復合材料的制備工藝，其特征在于冷壓壓坯的壓制力為1. 5T/cm2-7. 5 T/cm2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Al2O3/Cu復合材料的制備工藝，所制備的Al2O3/Cu復合材料可應用于電力、電子、機械等工業(yè)領域，特別適用于電阻點焊領域。所需原料為Al2O3粉，基體材料為銅。制備工藝為首先采用化學鍍的方法對Al2O3進行表面鍍銅處理，然后將鍍好的Al2O3粉與高純度銅粉均勻混合成粉末，再冷壓成坯，最后在保護氣氛下燒結得到Al2O3/Cu復合材料。采用這種工藝制備Al2O3/Cu復合材料，制備工藝簡單，制備的材料強度硬度高、導熱導電性能好，特別適于作為鍍鋅鋼板等低熔點鍍層鋼板的點焊電極，焊接質量好、電極焊接壽命長。
文檔編號C22C29/12GK102181676SQ20111007513
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權日2011年3月28日
發(fā)明者朱志華 申請人:河海大學常州校區(qū)