專利名稱：一種Cu/Ti的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料和一種用浸滲燒結(jié)法制備該材料的方法。
背景技術(shù)：
許多機械、電工、化工和能源領(lǐng)域的設(shè)備零件要求所使用的材料具有高的強度、良好的耐磨性和自潤滑性、良好的導(dǎo)電性和耐電弧燒蝕性能、良好的導(dǎo)熱性和耐腐蝕性。為此，多年來已經(jīng)發(fā)展了許多種金屬材料、非金屬材料和它們的復(fù)合材料。但是，隨著高、新技術(shù)的發(fā)展，對材料性能的要求越來越高，必須不斷地發(fā)明新的高性能材料以滿足不斷發(fā)展的高、新技術(shù)的需求。
Ti3AlC2是一種新型的三元碳化物陶瓷，由M.A.Pietzka和J.C.Schuster于1994年首次在《J.Phase Equilib》第15期392頁公開報道。Ti3AlC2屬于六方晶系，具有層狀的晶體結(jié)構(gòu)，理論密度為4.25g/cm3。Ti3AlC2材料具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和摩擦學(xué)性能。室溫下，致密的多晶Ti3AlC2塊體材料的電阻率為0.35μΩ·m(N.V.Tzenov & M.W.Barsoum，J.Am.Ceram.Soc.，2000，83[4]825)。在60m/s的高速滑動下，致密的多晶Ti3AlC2塊體材料對低碳鋼的干摩擦系數(shù)約為0.1，磨損率不超過3.0×10-6mm3/Nm(H-X Zhai & Z-Y Huang，et al，J.Am.Ceram.Soc.，2005，88[11]3270)。但是，Ti3AlC2材料的強度較低；室溫下，致密的多晶Ti3AlC2塊體材料的抗彎強度僅為375±15MPa(N.V.Tzenov & M.W.Barsoum，J.Am.Ceram Soc.，2000，83[4]825)。此外，致密的多晶Ti3AlC2塊體材料通常需要采用1400℃以上的高溫和30MPa以上的熱壓工藝才能制成，不利于大尺寸的或復(fù)雜形狀的零件的制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為獲得一種高性能材料，提供一種Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料和用浸滲燒結(jié)法制備該材料的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明的Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料，其成分如下Ti3AlC2的體積含量為25～85vol％，其余為Cu。
本發(fā)明的一種Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料浸滲燒結(jié)制備方法，該方法包括以下步驟(1)體制備用模壓或冷等靜壓的方法，將Ti3AlC2粉末冷壓成空隙率為15～75％的坯體；(2)浸滲燒結(jié)將步驟(1)制作的Ti3AlC2坯體置于石墨坩堝內(nèi)，放入Cu粉將坯體埋覆，然后將石墨坩堝放入高溫爐，在氬氣保護下，將爐溫升至1100～1200℃，保溫10～60min，熔融的Cu借助與Ti3AlC2顆粒之間的界面張力浸滲到Ti3AlC2坯體的空隙，冷卻后即得到本發(fā)明的Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料。
發(fā)明效果本發(fā)明的Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料，其抗彎強度依Ti3AlC2和Cu的比例而改變，Ti3AlC2的比例越大，Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料的抗彎強度越高；其最高抗彎強度可達1000MPa以上，顯著高于單相的Ti3AlC2材料和已知的大多數(shù)Cu合金材料。本發(fā)明的Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料，其電阻率依Ti3AlC2和Cu的比例而不同，Ti3AlC2的比例越大，Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料的電阻率越大，但最大電阻率不超過0.8μΩm。本發(fā)明的Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料，在60m/s的滑動速度下與低碳鋼的干摩擦系數(shù)為0.2左右，磨損率不大于3×10-6mm3/Nm，顯著低于一般的Cu合金材料或Cu與其它陶瓷的復(fù)合材料?？筛鶕?jù)使用要求選取Ti3AlC2和Cu的體積比例。本發(fā)明的Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料的浸滲燒結(jié)制備方法，工藝簡單，易于操作，適合大尺寸的或復(fù)雜形狀的零件的制造。
本發(fā)明的Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料及其浸滲燒結(jié)制備方法，可廣泛用于制造機械、電工、化工、能源和交通領(lǐng)域的高性能關(guān)鍵器件，如電器觸頭、受流器滑塊、熱交換器芯管、高速齒輪和凸輪等。


圖1為典型Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料顯微結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；深色部分為Ti3AlC2顆粒，淺色部分為浸滲到Ti3AlC2顆粒之間的Cu。
圖2為圖1所示的Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料的三點彎曲斷口的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；深色部分為Ti3AlC2顆粒，淺色部分為浸滲到Ti3AlC2顆粒之間的Cu。
具體實施例方式
實施方式一稱取純度為98.6％的Ti3AlC2粉2.95克、純度為99.6％的Cu粉40克，用模壓方法將Ti3AlC2粉冷壓成空隙率約為70％的塊狀坯體，將此坯體放入石墨坩堝，再放入Cu粉將其埋覆，然后將石墨坩堝放入高溫爐，抽真空后充入氬氣，以30℃/min的升溫速率將爐溫升至1200℃，保溫10min，以10～15℃/min的速率將爐溫降至60℃，之后將浸滲產(chǎn)物取出，清除浸滲產(chǎn)物體外包覆的Cu，即得到Ti3AlC2體積含量約為30％的Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料。
實施方式二稱取純度為98.6％的Ti3AlC2粉4.90克、純度為99.6％的Cu粉40克，用模壓方法將Ti3AlC2粉冷壓成空隙率約為55％的塊狀坯體，將此坯體放入石墨坩堝，再放入Cu粉將其埋覆，然后將石墨坩堝放入高溫爐，抽真空后充入氬氣，以30℃/min的升溫速率將爐溫升至1150℃，保溫20min，以10～15℃/min的速率將爐溫降至60℃，之后將浸滲產(chǎn)物取出，清除浸滲產(chǎn)物體外包覆的Cu，即得到Ti3AlC2體積含量約為45％的Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料。
實施方式三稱取純度為98.6％的Ti3AlC2粉6.85克、純度為99.6％的Cu粉40克，用模壓方法將Ti3AlC2粉冷壓成空隙率約為35％的塊狀坯體，將此坯體放入石墨坩堝，再放入Cu粉將其埋覆，然后將石墨坩堝放入高溫爐，抽真空后充入氬氣，以30℃/min的升溫速率將爐溫升至1150℃，保溫30min，以10～15℃/min的速率將爐溫降至60℃，之后將浸滲產(chǎn)物取出，清除浸滲產(chǎn)物體外包覆的Cu，即得到Ti3AlC2體積含量約為65％的Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料。
實施方式四稱取純度為98.6％的Ti3AlC2粉48克、純度為99.6％的Cu粉200克，用冷等靜壓方法將Ti3AlC2粉壓成空隙率約為15％的塊狀坯體，將此坯體放入石墨坩堝，再放入Cu粉將其埋覆，然后將石墨坩堝放入高溫爐，抽真空后充入氬氣，以30℃/min的升溫速率將爐溫升至1100℃，保溫60min，以10～15℃/min的速率將爐溫降至60℃，之后將浸滲產(chǎn)物取出，清除浸滲產(chǎn)物體外包覆的Cu，得到Ti3AlC2體積含量約為85％的Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料，其特征在于其成分如下Ti3AlC2的體積含量為25～85vol％，其余為Cu。
2.一種Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料浸滲燒結(jié)制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)坯體制備用模壓或冷等靜壓的方法，將Ti3AlC2粉末冷壓成空隙率為15～75％的坯體；(2)浸滲燒結(jié)將步驟(1)制作的Ti3AlC2坯體置于石墨坩堝內(nèi)，放入Cu粉將坯體埋覆，然后將石墨坩堝放入高溫爐，在氬氣保護下，將爐溫升至1100～1200℃，保溫10～60min，熔融的Cu借助與Ti3AlC2顆粒之間的界面張力浸滲到Ti3AlC2坯體的空隙，冷卻后即得到本發(fā)明的Cu/Ti3AlC2復(fù)合材料。
全文摘要
一種Cu/Ti
文檔編號C22C45/10GK1844439SQ20061007912
公開日2006年10月11日 申請日期2006年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月29日
發(fā)明者翟洪祥, 艾明星, 黃振鶯 申請人:北京交通大學(xué)