高强高塑Cu/Al2O3层状复合板材的制作方法

高强高塑cu/al2o3层状复合板材
技术领域
1.本发明涉及新材料技术领域，具体为一种高强高塑cu/al2o3层状复合板材及其制备方法。


背景技术：

2.al2o
3 颗粒增强铜基复合材料的制备方法多种多样，传统外加al2o3颗粒的方式是一种简单而经济的制备方法，但由于基体与增强体润湿性差，al2o3弥散体趋于聚集，因此材料在获得强度的同时塑性会受到很大限制。而采用球磨混合内氧化法还原制备al2o3粉体材料，再进行热压烧结制备al2o3颗粒增强铜基复合材料的工艺方法，往往因为步骤繁琐无法进行大规模的工业生产，而且制备的样品尺寸规格较小，难以满足大规格、大尺寸及复合材料板材的工业需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种既能拥有高强度的同时仍保持高塑性的高强高塑cu/al2o3层状复合板材及其制备方法，具体技术方案为：一种高强高塑cu/al2o3层状复合板材，以纯铜板和铜铝合金板为原材料，所述铜铝合金板通过包埋内氧化法制成al2o3弥散强化合金板；所述弥散强化合金板和所述纯铜板通过叠轧的方式获得叠轧基板，所述叠轧基板通过若干次叠轧，经退火后制得。
4.进一步，所述铜铝合金板中铝的质量百分比在0.1至5.0%之间。
5.本发明还公开了上述高强高塑cu/al2o3层状复合板材的制备方法，主要包括以下步骤：(1)将铜铝合金板清理表面以去除表面氧化膜及油污、打磨；(2)在容器底部铺满氧化亚铜粉末，将铜铝合金板放入容器，再用氧化亚铜粉末完全覆盖；(3)将容器放入管式炉中，抽真空，通入保护气体，然后再抽真空，再通入保护气体；升温至700℃至1000℃之间；保温不低于30分钟；然后自然冷却，获得al2o3弥散强化合金板；(4)将退火处理后的纯铜板去除表面氧化膜；清洗；打磨；(5)将所述纯铜板与所述al2o3弥散强化合金板经首次叠轧制成叠轧基板；(6)将所述叠轧基板切成两块相同尺寸的板材，并再次进行轧制成叠轧板材；(7)将所述叠轧板材经若干次切割和叠轧；制成cu/al2o3层状复合板材；(8)将所述cu/al2o3层状复合板材进行退火，制成高强高塑cu/al2o3层状复合板材。
6.进一步，步骤（5）中所述首次叠轧的下压率不小于60%；所述累积叠轧的下压率在40%至80%之间。
7.进一步，步骤（4）中所述纯铜板的退火温度在500℃。
8.进一步，步骤（3）中升温速率在5至100 ℃/min之间。进一步，步骤（6）中退火工艺为：在200℃～700℃保温1-8 h。
9.本发明高强高塑cu/al2o3层状复合板材采用包埋内氧化法；有利于制备工业所需的大尺寸板材；再通过与纯铜板叠轧制成获得叠轧基板，将所述叠轧基板通过若干次叠轧制得。通过对于退火温度的调控，纯cu层发生回复再结晶，而使al2o
3 弥散强化合金板保持具有轧制变形取向的晶粒，使得材料在保持高强度的同时依旧保持了高塑性。累积叠轧后材料依然可以保持较高塑性。
附图说明
10.图1为实施例1中高强高塑cu/al2o3层状复合板材的粗细晶交替分布示意图；图2为实施例1中高强高塑cu/al2o3层状复合板材的力学性能曲线图；图3为实施例2中高强高塑cu/al2o3层状复合板材的力学性能曲线图。
实施方式
11.下面利用实施例对本发明进行更全面的说明。本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。
实施例1
12.具体步骤如下所示（1）将1mm厚铜铝合金板打磨，去除表面氧化膜。
13.（2）将打磨后的板材放入含有氧化亚铜粉末的坩埚之中，要尽量保证板材处于坩埚的中间位置；也可以选用其他耐高温的容器。
14.（3）将坩锅放入管式炉中，抽真空，通入保护气体，如：氩气；达到常压后，再抽真空后，再通氩气，升温950℃，升温速率为5℃/min并保温8h，待管式炉自然冷却后取出板材，得到al2o
3 弥散强化合金板。
15.（4）将1mm厚纯cu板500℃退火后切割至al2o3弥散强化合金板相同尺寸。砂纸打磨板材表面，去除氧化膜，随后酒精清洗板材表面，并使用刚刷打磨板材表面。
16.（5）按照铜板-al2o3弥散强化合金板-铜板的方式将三块板材堆叠。
17.（6）将堆叠好板材放入轧机中进行轧制，下压率65%。
18.（7）先将轧制后板材的失稳头尾部剪切平整，再把板材一分为二，这一步骤要尽量确保得到两块尺寸相同的板材。
19.（8）将堆叠好板材放入轧机中进行轧制，下压率55%。
20.（9）重复之前步骤（6）-（8）九次。
21.可以采用上述工艺经过1、3、5、7、9不同道次叠轧，分别制备得到不同层厚度的cu/al2o3层状复合板材。其中，9道次叠轧获得的板材强度为586mpa，延展率为10%，导电率为73%iacs。
实施例2
22.具体步骤如下所示：
（1）将1mm厚铜铝合金板材打磨，去除表面氧化膜。
23.（2）在容器底部铺满氧化亚铜粉末，将铜铝合金板放入容器，再用氧化亚铜粉末完全覆盖。
24.（3）将坩锅放入管式炉中，抽真空，通保护气体，再抽真空，再通保护气体，升温950℃并保温8h，待管式炉自然冷却后取出板材，得到al2o3弥散强化合金板。
25.（4）将纯cu板500℃退火后切割至al2o3弥散强化合金板相同尺寸。砂纸打磨板材表面，去除氧化膜，随后酒精清洗板材表面，并使用刚刷充分打磨板材表面，以保证界面结合良好。
26.（5）按照cu板
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al2o3弥散强化合金板-cu板的方式将三块板材堆叠。
27.（6）将堆叠好板材放入轧机中进行轧制，下压率65%。
28.（7）先将轧制后板材的失稳头尾部剪切平整，再把板材一分为二，这一步骤要尽量确保得到两块尺寸相同的板材。
29.（8）将堆叠好板材放入轧机中进行轧制，下压率50%。
30.（9）重复之前步骤（6）-（8）九次。
31.经过9次叠轧后，在同一块板材取若干样品，再分别在200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃保温1h，且在300℃、400℃退火1h后得到综合性能接近的板材，强塑性相匹配的高强高塑材料，其中300℃-1h退火后板材强度为423mpa，延展率为25%，导电率为80%iacs，400℃-1h退火后板材强度为413mpa，延展率为30%，在保持高强度高塑性的同时，导电率也高达85%iacs。
实施例3
32.具体步骤如下所示：（1）将1mm厚铜铝合金板材打磨，去除表面氧化膜。
33.（2）在容器底部铺满氧化亚铜粉末，将铜铝合金板放入容器，再用氧化亚铜粉末完全覆盖。
34.（3）将坩锅放入管式炉中，抽真空，通保护气体，再抽真空，再通保护气体，将cu-al合金分别在700℃、800℃、900℃、950℃并保温8h，待管式炉自然冷却后取出板材，得到al2o
3 弥散强化合金板。
35.（4）将1mm厚纯cu板退火后切割至al2o
3 弥散强化合金板相同尺寸。砂纸打磨板材表面，去除氧化膜，随后酒精清洗板材表面，并使用刚刷打磨板材表面。
36.（5）按照铜板-al2o3弥散强化合金板-铜板的方式将三块板材堆叠。
37.（6）将堆叠好板材放入轧机中进行轧制，下压率60%。
38.（7）先将轧制后板材的失稳头尾部剪切平整，再把板材一分为二，这一步骤要尽量确保得到两块尺寸相同的板材；将两块板材堆叠。
39.（8）将堆叠好板材放入轧机中进行轧制，下压率50%。
40.（9）重复之前步骤（6）-（8）三次。
41.经过3道次的叠轧，制备得到cu/al2o3层状复合板材，其中通过700℃包埋内氧化法制备的al2o3弥散强化合金板与纯cu板经过3道次叠轧后强度为400mpa，延伸率为11%；通过800℃包埋内氧化法制备的al2o3弥散强化合金板与纯cu板经过3道次叠轧后强度为415mpa，
延伸率为10%；通过900℃包埋内氧化法制备的al2o3弥散强化合金板与纯cu板经过3道次叠轧后强度为469mpa，延伸率为9%；通过950℃包埋内氧化法制备的al2o3弥散强化合金板经过3道次叠轧后强度为475mpa，延伸率为8%。
42.上述实施例采用包埋内氧化法可以制备工业所需的大尺寸板材，便于后续开展累积叠轧。轧制是大塑性变形的过程，会提高材料强度，但是材料塑性会显著降低；通过调节叠轧道次使得材料获得最优的力学性能，后续辅以不同温度的退火工艺，使得材料获得高强度，高塑性的综合力学性能。实施例2和3中的材料经过退火后，首先在板材cu层发生回复再结晶，晶粒重新长大；al2o
3 弥散强化合金层由于存在第二相粒子，阻碍晶界移动，使晶粒的长大受到抑制，从而达到粗细晶粒交替出现的结构，进而达到强度与塑性的兼容。此外使用本发明的工艺方法制备高强高塑cu/al2o3层状复合板材，操作简单；成本较低，因此极其有利于工业化生产，这种制备方式极大地拓宽了al2o3铜基复合材料的应用领域。
43.上述示例只是用于说明本发明，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本发明思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。

技术特征：
1.一种高强高塑cu/al2o3层状复合板材，其特征在于，以纯铜板和铜铝合金板为原材料，所述铜铝合金板通过包埋内氧化法制成al2o3弥散强化合金板；所述弥散强化合金板和所述纯铜板通过叠轧的方式获得叠轧基板，将所述叠轧基板通过若干次叠轧制得。2.如权利要求1所述的高强高塑cu/al2o3层状复合板材，其特征在于，所述铜铝合金板中铝的质量百分比在0.1至5.0%之间。3.如权利要求1所述的高强高塑cu/al2o3层状复合板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将铜铝合金板清理表面以去除表面氧化膜及油污、打磨；(2)在容器底部铺满氧化亚铜粉末，将清理表面后的铜铝合金板放入容器，再用氧化亚铜粉末完全覆盖；(3)将容器放入管式炉中，抽真空，通入保护气体，然后再抽真空，再通入保护气体；升温至700℃至1000℃之间；保温不低于30分钟；然后自然冷却，获得al2o3弥散强化合金板；(4)将退火处理后的纯铜板去除表面氧化膜，清洗，打磨；(5)将所述纯铜板与所述al2o3弥散强化合金板经首次轧制成叠轧基板；(6)将所述叠轧基板切成两块相同尺寸的板材，并再次进行轧制成叠轧板材；(7)将所述叠轧板材经若干次切割和叠轧；制成cu/al2o3层状复合板材；(8)将所述cu/al2o3层状复合板材进行退火，制成高强高塑cu/al2o3层状复合板材。4.如权利要求3所述的高强高塑cu/al2o3层状复合板材的制备方法，其特征在于，步骤（5）中所述首次叠轧的下压率不小于60%；所述每次累积叠轧的下压率在40%至80%之间。5.如权利要求3所述的高强高塑cu/al2o3层状复合板材的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述纯铜板的退火温度在400℃至700℃之间。6.如权利要求3所述的高强高塑cu/al2o3层状复合板材的制备方法，其特征在于，步骤（3）中升温速率在5至100 ℃/min之间。7.如权利要求3所述的高强高塑cu/al2o3层状复合板材，其特征在于，步骤（8）中退火工艺为200℃～700℃保温1-8 h。

技术总结
本发明公开了一种高强高塑Cu/Al2O3层状复合板材及其制备方法，高强高塑Cu/Al2O3层状复合板材以纯铜板和铜铝合金板为原材料，所述铜铝合金板通过包埋内氧化法制成Al2O3弥散强化合金板；所述Al2O3弥散强化合金板和所述纯铜板通过叠轧的方式获得叠轧基板，将所述叠轧基板通过若干次叠轧，并辅以后续退火制得。本发明高强高塑Cu/Al2O3层状复合板材采用包埋内氧化法制备Al2O3弥散强化合金板；通过合理设置下压道次，避免Cu/Al2O3层状复合板材轧裂，使Cu/Al2O3层状复合板材保持层状结构，经过退火后累积叠轧材料获得高强度的同时依然可以保持较高塑性。可以保持较高塑性。可以保持较高塑性。


技术研发人员：陈辉明 陈仁鹏 王巧丽 陈树龙 汪航 袁大伟 杨斌
受保护的技术使用者：江西先进铜产业研究院
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/9/20