一種高強韌高導電純銅燒結(jié)塊材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種高強韌高導電純銅燒結(jié)塊材的制備方法，包括：1）將純銅粉末裝入有高純石墨紙保護的高溫合金模具的模腔內(nèi)；將高溫合金模具安裝于熱壓燒結(jié)爐中；2）加初始壓力620～630MPa；3）在該壓力下冷壓保壓15min；4）卸壓至205～210MPa，保持該壓力，熱壓燒結(jié)爐送電加熱；5）從室溫以10℃/min的升溫速率升溫至燒結(jié)溫度900～950℃保溫1h；6）熱壓燒結(jié)爐斷電冷卻至室溫，卸壓，取出純銅燒結(jié)塊材。本發(fā)明所制備的純銅燒結(jié)塊材的電導率為95.5～97.0%IACS，抗拉強度為300～313MPa，延伸率為30.7～39.3%。
【專利說明】一種高強韌高導電純銅燒結(jié)塊材的制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及材料加工【技術(shù)領域】，特別設計一種純銅燒結(jié)塊材的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]純銅主要用于高導電和高導熱的電子電力器件、散熱器等零部件上。一般熔鑄生產(chǎn)純銅電導率高在95%ICAS以上，強度低于250MPa，采用加工硬化處理，強度可提高到350MPa，但導電性下降，特別是延伸率低于5%，限制了其工程應用范圍。采用粉末冶金生產(chǎn)純銅合金，在通常200?250MPa冷壓800?900°C燒結(jié)工藝下，其電導率在80?90%IACS，強度低于200MPa，延伸率在25?30%，在930°C以上燒結(jié)，隨后復壓精整或鍛造等復雜工藝下，粉末冶金純銅性能可接近熔鑄純銅。
[0003]然上述幾種方法所制備出的純銅塊材的導電率、抗拉強度和延伸率仍然偏低，不能滿足某些特殊場合的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高強韌高導電純銅燒結(jié)塊材的制備方法，以解決上述技術(shù)問題。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種高強韌高導電純銅燒結(jié)塊材的制備方法，包括以下步驟:
[0007]I)、將純銅粉末裝入有高純石墨紙保護的高溫合金模具的模腔內(nèi)；將高溫合金模具安裝于熱壓燒結(jié)爐中；
[0008]2 )、加初始壓力 620 ?630MPa ；
[0009]3)、在該初始壓力下冷壓保壓15min ；
[0010]4)、卸壓至205?2lOMPa，保持該壓力，熱壓燒結(jié)爐送電加熱；
[0011]5)、從室溫以10°C /min的升溫速率升溫至燒結(jié)溫度850?950°C保溫Ih ；
[0012]6)、熱壓燒結(jié)爐斷電冷卻至室溫，卸壓，取出純銅燒結(jié)塊材。
[0013]本發(fā)明進一步的改進在于:步驟5)中燒結(jié)溫度為900?950°C。
[0014]本發(fā)明進一步的改進在于:步驟5)中燒結(jié)溫度為950°C。
[0015]本發(fā)明進一步的改進在于:純銅粉末的平均粒度為200目，純度大于或等于99.8%。
[0016]本發(fā)明進一步的改進在于:所述純銅粉末被高純石墨紙包裹。
[0017]本發(fā)明進一步的改進在于:所述純銅燒結(jié)塊材的電導率為95.5?97.0%IACS，抗拉強度為300?313MPa，延伸率為30.7?39.3%。
[0018]本發(fā)明進一步的改進在于:熱壓燒結(jié)爐由四立柱油壓機和半開式碳化硅棒加熱爐膛組成，油壓機噸位為60噸，半開式碳化硅棒加熱爐膛的加熱溫度達1300°C。
[0019]本發(fā)明進一步的改進在于:所述高溫合金模具耐熱溫度為1100°C。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:[0021]I)、采用中壓燒結(jié)獲得高強韌高導電的純銅燒結(jié)塊材；
[0022]2)、無氣氛保護；
[0023]3)、燒結(jié)工藝使用的附加石墨紙的高溫合金模具組合；
[0024]4)、解決了一般真空熱壓燒結(jié)爐壓強受石墨模具限制，不能在較高壓強下熱壓燒結(jié)的困境；
[0025]5 )、解決了 一般熱壓燒結(jié)需特別保護如真空或惰性氣氛的燒結(jié)環(huán)境要求。
[0026]本發(fā)明提出并實現(xiàn)了中壓燒結(jié)，無需氣氛保護，獲得高致密燒結(jié)純銅塊材，保證燒結(jié)純銅塊材具有高強韌高導電的綜合優(yōu)異性能；所制備的純銅燒結(jié)塊材的電導率為95.5?97.0%IACS，抗拉強度為300?313MPa，延伸率為30.7?39.3%。
【具體實施方式】
[0027]本發(fā)明一種高強韌高導電純銅燒結(jié)塊材的制備方法，包括以下步驟:
[0028]I )、將商品純銅粉末(平均粒度為200目，純度為99.8%)裝入有高純石墨紙保護的高溫合金模具的模腔內(nèi)；將高溫合金模具安裝于熱壓燒結(jié)爐中；
[0029]2 )、加初始壓力6沈?63OMPa ；
[0030]3)、在該初始壓力下冷壓保壓15min ；
[0031]4)、卸壓至205?2lOMPa，保持該壓力，熱壓燒結(jié)爐送電加熱；
[0032]5)、從室溫以10°C /min的升溫速率升溫至燒結(jié)溫度850?950°C保溫Ih ；
[0033]6 )、斷電冷卻至室溫，卸壓，取出純銅燒結(jié)塊材。
[0034]上述熱壓燒結(jié)爐由普通四立柱油壓機和半開式碳化硅棒加熱爐膛組成，無需氣氛保護，油壓機噸位達60噸，加熱溫度可達1300°C，可保證中壓燒結(jié)工藝參數(shù)實現(xiàn)。
[0035]高溫合金模具的材料為高溫合金材料，其耐熱溫度達到1100°C即可，模腔內(nèi)接觸純銅粉末處均加附高純石墨紙，其作用:1)在高溫下形成一個還原保護氣氛環(huán)境，保證純銅粉末燒結(jié)過程中不氧化；2)便于燒結(jié)完成后脫模取樣。
[0036]本發(fā)明一種高強韌高導電純銅燒結(jié)塊材的制備方法，其在不同燒結(jié)溫度下所獲得的純銅燒結(jié)塊材，經(jīng)測試其性能參數(shù)如下:
[0037]1、950°C燒結(jié):密度8.74g/cm3，抗拉強度313MPa，屈服強度153MPa，延伸率39.3%，電導率97.0%。
[0038]2、900°C燒結(jié):密度8.67g/cm3，抗拉強度300MPa，屈服強度170MPa，延伸率30.7%，電導率95.5%。
[0039]3、850°C燒結(jié):密度8.71g/cm3，抗拉強度310MPa，屈服強度232MPa，延伸率15.0%，電導率94.5%。
[0040]一般粉末冶金純銅的性能參數(shù)為:密度8.2?8.6g/cm3，抗拉強度<210MPa，延伸率20?25%，電導率80?90% ;本發(fā)明所制備的銅燒結(jié)塊材與一般粉末冶金純銅相比:密度高，導電率高，強度高，延伸率大，達到燒結(jié)后復鍛精整致密塊材性能。
[0041]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有特點:1)采用高溫合金模具實現(xiàn)中壓高溫燒結(jié)；2)無需保護氣氛或真空僅用專用石墨紙墊保護；3)加壓工藝；4)燒結(jié)溫度。
[0042]為獲得綜合性能優(yōu)異的純銅材料，本發(fā)明采用中壓熱壓燒結(jié)工藝，利用商品純銅粉末(粒度-200目，純度99.8%)，制備了高強韌高導電純銅塊材，材料的電導率在95.5?97.0%IACS,抗拉強度在300?313MPa，延伸率在30.7?39.3%。這種純銅材料性能不但超越了粉末冶金后精整或鍛造純銅，和熔鑄純銅相比，在電導率相近的情況下，具有優(yōu)異的力學性能，高強度同時保有很高的延伸率。
[0043]本發(fā)明的核心工藝在于采用中壓熱壓燒結(jié)，使粉末冶金純銅的密度達到8.7，按純銅計算的理論密度8.89(純銅理論密度:計算值8.89，文獻值8.94)計算，致密度98%左右，從而確保了其具有高的電導率同時還具有優(yōu)異的力學性能。
【權(quán)利要求】
1.一種高強韌高導電純銅燒結(jié)塊材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)、將純銅粉末裝入有高純石墨紙保護的高溫合金模具的模腔內(nèi)；將高溫合金模具安裝于熱壓燒結(jié)爐中； 2)、加初始壓力620?630MPa； 3)、在該初始壓力下冷壓保壓15min； 4)、卸壓至205?2lOMPa，保持該壓力，熱壓燒結(jié)爐送電加熱； 5)、從室溫以10°C/min的升溫速率升溫至燒結(jié)溫度850?950°C保溫Ih ； 6)、熱壓燒結(jié)爐斷電冷卻至室溫，卸壓，取出純銅燒結(jié)塊材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強韌高導電純銅燒結(jié)塊材的制備方法，其特征在于，步驟5)中燒結(jié)溫度為900?950°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強韌高導電純銅燒結(jié)塊材的制備方法，其特征在于，步驟5)中燒結(jié)溫度為950°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強韌高導電純銅燒結(jié)塊材的制備方法，其特征在于，純銅粉末的平均粒度為200目，純度大于或等于99.8%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強韌高導電純銅燒結(jié)塊材的制備方法，其特征在于，所述純銅粉末被聞純石墨紙包裹。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高強韌高導電純銅燒結(jié)塊材的制備方法，其特征在于，所述純銅燒結(jié)塊材的電導率為95.5?97.0%IACS，抗拉強度為300?313MPa，延伸率為30.7 ?39.3%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強韌高導電純銅燒結(jié)塊材的制備方法，其特征在于，熱壓燒結(jié)爐由四立柱油壓機和半開式碳化硅棒加熱爐膛組成，油壓機噸位為60噸，半開式碳化硅棒加熱爐膛的加熱溫度達1300°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強韌高導電純銅燒結(jié)塊材的制備方法，其特征在于，所述高溫合金模具耐熱溫度為1100°C。
【文檔編號】B22F3/14GK103769589SQ201410020155
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】席生岐, 鄭曉雪, 孫崇鋒, 李龍雨, 周赟 申請人:西安交通大學