CN106756210A - 一种轻质导电金属复合材料的制备工艺及应用 - Google Patents

一种轻质导电金属复合材料的制备工艺及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了轻质导电金属复合材料的制备工艺及应用，采用先将雾化铜粉、锆粉、铌粉、二氧化硅、硼酸钾、纳米二氧化钛、二硫化钼进行研磨混匀、湿法球磨、真空干燥得真空干燥混合物，随后将聚丙烯树脂、乙酸异丙烯酯、硫代二丙酸双十八酯进行超声震荡后加入前述真空干燥混合物再次超声震荡，配以经搅拌处理的4‑氯丁醛缩二乙醇、聚芳砜、氰尿酸三聚氰胺、盐酸吡哆醇进行混炼，最后冷压成型、真空烧结得到成品的制备工艺，使得制备而成的轻质导电金属复合材料电导率高，密度低，且拉伸性能优良，能够满足行业的要求，具有良好的应用前景。同时，还公开了该制备工艺的具体应用范围。

Description

一种轻质导电金属复合材料的制备工艺及应用
技术领域
本发明涉及金属材料加工技术领域，特别涉及轻质导电金属复合材料的制备工艺及应用。
背景技术
对于导电材料，通常选用铜、铝及其合金、复合材料。随着电力、电子器件向高性能、低损耗方向的发展，要求材料不仅具有良好的导电性、导热性、弹性极限和韧性，而且还应具有较好的耐磨性、较高的抗拉强度、较低的热膨胀系数和良好的成型性。因此，金属导电复合材料日益受到人们的关注和青睐。例如，高强度的金属导电复合材料：铝包钢、铜包钢；高电导率金属复合材料：铜包铝、银复铝；高弹性金属复合材料：铜复铍、弹簧铜复铜；耐高温金属复合材料：铝复铁、铝黄铜复铜、镍包铜、镍包银；耐腐蚀金属复合材料：不锈钢复铜、银包铜、镀锡铜、镀银铜包钢等。
随着现代工业的飞速发展，铜/铝基导电材料的综合性能需满足更高的要求，各国均已致力开发高强高导金属基复合材料。按照制备方法大致可分为两种：一种是通过加入合金元素强化基体而形成合金，即合金化法；另一种是通过加入第二相形成金属基复合材料，即复合材料法。但是一些常见金属的合金材料在大量的使用过程也日益凸显了其不足，在电缆行业超高压输电大力推广应用要求下，现阶段的合金导电材料也是存在着很大的缺陷的。诸如在导电性能和重量方面不能达到兼顾、材料的力学性能无法达到要求等，这就需要开发一种新型金属复合材料以满足目前的需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供轻质导电金属复合材料的制备工艺，通过特定的生产工艺，辅以适宜原料组合，使得制备而成的轻质导电金属复合材料电导率高，密度低，且拉伸性能优良，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
轻质导电金属复合材料的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将雾化铜粉60-70份、锆粉12-16份、铌粉10-14份、二氧化硅30-40份、硼酸钾15-25份、纳米二氧化钛8-10份、二硫化钼4-6份倒入研钵中研磨至混合均匀，再将混合粉末送入行星式球磨机中，添加适量的酒精进行湿法球磨，随后将经球磨处理的混合粉末置于真空干燥箱中，在85℃下烘干，放置备用；
（2）将聚丙烯树脂18-22份、乙酸异丙烯酯12-16份、硫代二丙酸双十八酯8-10份加入超声震荡器中超声分散均匀，再加入步骤（1）制备的混合粉末，继续超声震荡处理30-45分钟，得超声处理混合物；
（3）将4-氯丁醛缩二乙醇10-12份、聚芳砜6-8份、氰尿酸三聚氰胺4-6份、盐酸吡哆醇2-4份加入搅拌釜混合，再加入2倍质量的10%碳酸氢三钠溶液，以750-850转/分钟的速度搅拌50分钟，得搅拌处理混合物；
（4）将步骤（2）所得的超声处理混合物与步骤（3）所得的搅拌处理混合物共同注入双辊混炼机混炼，压强15 MPa，反应温度550℃，反应时间为3小时，得混炼产物；
（5）将步骤（5）所得混炼产物装入模具中，在压力550-650MPa下进行冷压成型，保压时间为3分钟；
（6）将冷压成型的产物加入坩埚电阻炉中，再加入热稳定剂3-5份、变性剂3-5份，抽真空后进行真空烧结，烧结温度为980-1020℃，烧结时间为1-2小时，得到真空烧结产物；
（7）将真空烧结产物进行表面磨削、去毛刺处理，然后浸油，得到成品。
优选地，所述热稳定剂选自丙二醇甲醚醋酸酯、1,1-二异丙氧基三甲胺、乙酰磺胺酸钾中的任意一种或几种。
优选地，所述变性剂选自对硝基苯酚、鲸蜡烷三甲基溴化铵、六亚甲基四胺中的任意一种或几种。
优选地，所述步骤（1）中球磨机的转速为200 转/秒，球磨时间为2-4小时。
优选地，所述步骤（2）中超声震荡处理的功率为1500W。
本发明的另一个目的是提供上述制备工艺在制备含金属成分复合材料中的应用。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
（1）本发明采用先将雾化铜粉、锆粉、铌粉、二氧化硅、硼酸钾、纳米二氧化钛、二硫化钼进行研磨混匀、湿法球磨、真空干燥得真空干燥混合物，随后将聚丙烯树脂、乙酸异丙烯酯、硫代二丙酸双十八酯进行超声震荡后加入前述真空干燥混合物再次超声震荡，配以经搅拌处理的4-氯丁醛缩二乙醇、聚芳砜、氰尿酸三聚氰胺、盐酸吡哆醇进行混炼，最后冷压成型、真空烧结得到成品的制备工艺，使得制备而成的轻质导电金属复合材料电导率高，密度低，且拉伸性能优良，能够满足行业的要求，具有良好的应用前景。
（2）本发明的轻质导电金属复合材料的制备工艺所用原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
（1）将雾化铜粉60份、锆粉12份、铌粉10份、二氧化硅30份、硼酸钾15份、纳米二氧化钛8份、二硫化钼4份倒入研钵中研磨至混合均匀，再将混合粉末送入行星式球磨机中，添加适量的酒精进行湿法球磨，球磨机的转速为200 转/秒，球磨时间为2小时，随后将经球磨处理的混合粉末置于真空干燥箱中，在85℃下烘干，放置备用；
（2）将聚丙烯树脂18份、乙酸异丙烯酯12份、硫代二丙酸双十八酯8份加入超声震荡器中超声分散均匀，再加入步骤（1）制备的混合粉末，继续超声震荡处理30分钟，得超声处理混合物，其中超声震荡处理的功率为1500W；
（3）将4-氯丁醛缩二乙醇10份、聚芳砜6份、氰尿酸三聚氰胺4份、盐酸吡哆醇2份加入搅拌釜混合，再加入2倍质量的10%碳酸氢三钠溶液，以750转/分钟的速度搅拌50分钟，得搅拌处理混合物；
（4）将步骤（2）所得的超声处理混合物与步骤（3）所得的搅拌处理混合物共同注入双辊混炼机混炼，压强15 MPa，反应温度550℃，反应时间为3小时，得混炼产物；
（5）将步骤（5）所得混炼产物装入模具中，在压力550 MPa下进行冷压成型，保压时间为3分钟；
（6）将冷压成型的产物加入坩埚电阻炉中，再加入丙二醇甲醚醋酸酯3份、对硝基苯酚3份，抽真空后进行真空烧结，烧结温度为980℃，烧结时间为1小时，得到真空烧结产物；
（7）将真空烧结产物进行表面磨削、去毛刺处理，然后浸油，得到成品。
实施例2
（1）将雾化铜粉65份、锆粉14份、铌粉12份、二氧化硅35份、硼酸钾20份、纳米二氧化钛9份、二硫化钼5份倒入研钵中研磨至混合均匀，再将混合粉末送入行星式球磨机中，添加适量的酒精进行湿法球磨，球磨机的转速为200 转/秒，球磨时间为3小时，随后将经球磨处理的混合粉末置于真空干燥箱中，在85℃下烘干，放置备用；
（2）将聚丙烯树脂20份、乙酸异丙烯酯14份、硫代二丙酸双十八酯9份加入超声震荡器中超声分散均匀，再加入步骤（1）制备的混合粉末，继续超声震荡处理38分钟，得超声处理混合物，其中超声震荡处理的功率为1500W；
（3）将4-氯丁醛缩二乙醇11份、聚芳砜7份、氰尿酸三聚氰胺5份、盐酸吡哆醇3份加入搅拌釜混合，再加入2倍质量的10%碳酸氢三钠溶液，以800转/分钟的速度搅拌50分钟，得搅拌处理混合物；
（4）将步骤（2）所得的超声处理混合物与步骤（3）所得的搅拌处理混合物共同注入双辊混炼机混炼，压强15 MPa，反应温度550℃，反应时间为3小时，得混炼产物；
（5）将步骤（5）所得混炼产物装入模具中，在压力600 MPa下进行冷压成型，保压时间为3分钟；
（6）将冷压成型的产物加入坩埚电阻炉中，再加入1,1-二异丙氧基三甲胺4份、鲸蜡烷三甲基溴化铵4份，抽真空后进行真空烧结，烧结温度为1000℃，烧结时间为1.5小时，得到真空烧结产物；
（7）将真空烧结产物进行表面磨削、去毛刺处理，然后浸油，得到成品。
实施例3
（1）将雾化铜粉70份、锆粉16份、铌粉14份、二氧化硅40份、硼酸钾25份、纳米二氧化钛10份、二硫化钼6份倒入研钵中研磨至混合均匀，再将混合粉末送入行星式球磨机中，添加适量的酒精进行湿法球磨，球磨机的转速为200 转/秒，球磨时间为4小时，随后将经球磨处理的混合粉末置于真空干燥箱中，在85℃下烘干，放置备用；
（2）将聚丙烯树脂22份、乙酸异丙烯酯16份、硫代二丙酸双十八酯10份加入超声震荡器中超声分散均匀，再加入步骤（1）制备的混合粉末，继续超声震荡处理45分钟，得超声处理混合物，其中超声震荡处理的功率为1500 W；
（3）将4-氯丁醛缩二乙醇12份、聚芳砜8份、氰尿酸三聚氰胺6份、盐酸吡哆醇4份加入搅拌釜混合，再加入2倍质量的10%碳酸氢三钠溶液，以850转/分钟的速度搅拌50分钟，得搅拌处理混合物；
（4）将步骤（2）所得的超声处理混合物与步骤（3）所得的搅拌处理混合物共同注入双辊混炼机混炼，压强15 MPa，反应温度550℃，反应时间为3小时，得混炼产物；
（5）将步骤（5）所得混炼产物装入模具中，在压力650 MPa下进行冷压成型，保压时间为3分钟；
（6）将冷压成型的产物加入坩埚电阻炉中，再加入乙酰磺胺酸钾5份、六亚甲基四胺5份，抽真空后进行真空烧结，烧结温度为1020℃，烧结时间为2小时，得到真空烧结产物；
（7）将真空烧结产物进行表面磨削、去毛刺处理，然后浸油，得到成品。
实施例4
（1）将雾化铜粉70份、锆粉12份、铌粉14份、二氧化硅30份、硼酸钾25份、纳米二氧化钛8份、二硫化钼6份倒入研钵中研磨至混合均匀，再将混合粉末送入行星式球磨机中，添加适量的酒精进行湿法球磨，球磨机的转速为200 转/秒，球磨时间为4小时，随后将经球磨处理的混合粉末置于真空干燥箱中，在85℃下烘干，放置备用；
（2）将聚丙烯树脂18份、乙酸异丙烯酯16份、硫代二丙酸双十八酯8份加入超声震荡器中超声分散均匀，再加入步骤（1）制备的混合粉末，继续超声震荡处理30分钟，得超声处理混合物，其中超声震荡处理的功率为1500W；
（3）将4-氯丁醛缩二乙醇12份、聚芳砜6份、氰尿酸三聚氰胺6份、盐酸吡哆醇2份加入搅拌釜混合，再加入2倍质量的10%碳酸氢三钠溶液，以850转/分钟的速度搅拌50分钟，得搅拌处理混合物；
（4）将步骤（2）所得的超声处理混合物与步骤（3）所得的搅拌处理混合物共同注入双辊混炼机混炼，压强15 MPa，反应温度550℃，反应时间为3小时，得混炼产物；
（5）将步骤（5）所得混炼产物装入模具中，在压力550 MPa下进行冷压成型，保压时间为3分钟；
（6）将冷压成型的产物加入坩埚电阻炉中，再加入丙二醇甲醚醋酸酯5份、六亚甲基四胺3份，抽真空后进行真空烧结，烧结温度为1020℃，烧结时间为1小时，得到真空烧结产物；
（7）将真空烧结产物进行表面磨削、去毛刺处理，然后浸油，得到成品。
对比例1
（1）将雾化铜粉65份、锆粉14份、铌粉12份、二氧化硅35份、硼酸钾20份、纳米二氧化钛9份、二硫化钼5份倒入研钵中研磨至混合均匀，再将混合粉末送入行星式球磨机中，添加适量的酒精进行湿法球磨，球磨机的转速为200 转/秒，球磨时间为3小时，随后将经球磨处理的混合粉末置于真空干燥箱中，在70℃下烘干，放置备用；
（2）将聚丙烯树脂20份、乙酸异丙烯酯14份、硫代二丙酸双十八酯9份加入超声震荡器中超声分散均匀，再加入步骤（1）制备的混合粉末，继续超声震荡处理55分钟，得超声处理混合物，其中超声震荡处理的功率为1500W；
（3）将4-氯丁醛缩二乙醇11份、聚芳砜7份、氰尿酸三聚氰胺5份、盐酸吡哆醇3份加入搅拌釜混合，再加入2倍质量的10%碳酸氢三钠溶液，以800转/分钟的速度搅拌50分钟，得搅拌处理混合物；
（4）将步骤（2）所得的超声处理混合物与步骤（3）所得的搅拌处理混合物共同注入双辊混炼机混炼，压强20MPa，反应温度500℃，反应时间为3小时，得混炼产物；
（5）将步骤（5）所得混炼产物装入模具中，在压力600 MPa下进行冷压成型，保压时间为3分钟；
（6）将冷压成型的产物加入坩埚电阻炉中，再加入1,1-二异丙氧基三甲胺4份、鲸蜡烷三甲基溴化铵4份，抽真空后进行真空烧结，烧结温度为1200℃，烧结时间为1.5小时，得到真空烧结产物；
（7）将真空烧结产物进行表面磨削、去毛刺处理，然后浸油，得到成品。
对比例2
（1）将雾化铜粉70份、锆粉12份、铌粉14份、二氧化硅30份、硼酸钾25份、纳米二氧化钛8份倒入研钵中研磨至混合均匀，再将混合粉末送入行星式球磨机中，添加适量的酒精进行湿法球磨，球磨机的转速为200 转/秒，球磨时间为4小时，随后将经球磨处理的混合粉末置于真空干燥箱中，在85℃下烘干，放置备用；
（2）将聚丙烯树脂18份、乙酸异丙烯酯16份、硫代二丙酸双十八酯8份加入超声震荡器中超声分散均匀，再加入步骤（1）制备的混合粉末，继续超声震荡处理30分钟，得超声处理混合物，其中超声震荡处理的功率为1500W；
（3）将4-氯丁醛缩二乙醇12份、氰尿酸三聚氰胺6份、盐酸吡哆醇2份加入搅拌釜混合，再加入2倍质量的10%碳酸氢三钠溶液，以850转/分钟的速度搅拌50分钟，得搅拌处理混合物；
（4）将步骤（2）所得的超声处理混合物与步骤（3）所得的搅拌处理混合物共同注入双辊混炼机混炼，压强15 MPa，反应温度550℃，反应时间为3小时，得混炼产物；
（5）将步骤（5）所得混炼产物装入模具中，在压力550 MPa下进行冷压成型，保压时间为3分钟；
（6）将冷压成型的产物加入坩埚电阻炉中，再加入丙二醇甲醚醋酸酯5份、六亚甲基四胺3份，抽真空后进行真空烧结，烧结温度为1020℃，烧结时间为1小时，得到真空烧结产物；
（7）将真空烧结产物进行表面磨削、去毛刺处理，然后浸油，得到成品。
将通过实施例1-4和对比例1-2的制备工艺制得的轻质导电金属复合材料按照相关的国家标准和行业标准分别测定电导率、材料密度和拉伸强度，所得的测试结果见表1。
表1
电导率（Ms/m） 密度（g/cm3） 拉伸强度（MPa）
实施例1 54.8 1.72 518
实施例2 59.2 1.65 551
实施例3 58.5 1.68 536
实施例4 56.1 1.71 529
对比例1 50.7 1.85 487
对比例2 49.4 1.88 483
本发明采用先将雾化铜粉、锆粉、铌粉、二氧化硅、硼酸钾、纳米二氧化钛、二硫化钼进行研磨混匀、湿法球磨、真空干燥得真空干燥混合物，随后将聚丙烯树脂、乙酸异丙烯酯、硫代二丙酸双十八酯进行超声震荡后加入前述真空干燥混合物再次超声震荡，配以经搅拌处理的4-氯丁醛缩二乙醇、聚芳砜、氰尿酸三聚氰胺、盐酸吡哆醇进行混炼，最后冷压成型、真空烧结得到成品的制备工艺，使得制备而成的轻质导电金属复合材料电导率高，密度低，且拉伸性能优良，能够满足行业的要求，具有良好的应用前景。本发明的轻质导电金属复合材料的制备工艺所用原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种轻质导电金属复合材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将雾化铜粉60-70份、锆粉12-16份、铌粉10-14份、二氧化硅30-40份、硼酸钾15-25份、纳米二氧化钛8-10份、二硫化钼4-6份倒入研钵中研磨至混合均匀，再将混合粉末送入行星式球磨机中，添加适量的酒精进行湿法球磨，随后将经球磨处理的混合粉末置于真空干燥箱中，在85℃下烘干，放置备用；
（2）将聚丙烯树脂18-22份、乙酸异丙烯酯12-16份、硫代二丙酸双十八酯8-10份加入超声震荡器中超声分散均匀，再加入步骤（1）制备的混合粉末，继续超声震荡处理30-45分钟，得超声处理混合物；
（3）将4-氯丁醛缩二乙醇10-12份、聚芳砜6-8份、氰尿酸三聚氰胺4-6份、盐酸吡哆醇2-4份加入搅拌釜混合，再加入2倍质量的10%碳酸氢三钠溶液，以750-850转/分钟的速度搅拌50分钟，得搅拌处理混合物；
（4）将步骤（2）所得的超声处理混合物与步骤（3）所得的搅拌处理混合物共同注入双辊混炼机混炼，压强15 MPa，反应温度550℃，反应时间为3小时，得混炼产物；
（5）将步骤（5）所得混炼产物装入模具中，在压力550-650MPa下进行冷压成型，保压时间为3分钟；
（6）将冷压成型的产物加入坩埚电阻炉中，再加入热稳定剂3-5份、变性剂3-5份，抽真空后进行真空烧结，烧结温度为980-1020℃，烧结时间为1-2小时，得到真空烧结产物；
（7）将真空烧结产物进行表面磨削、去毛刺处理，然后浸油，得到成品。
2.根据权利要求1所述的轻质导电金属复合材料的制备工艺，其特征在于：所述热稳定剂选自丙二醇甲醚醋酸酯、1,1-二异丙氧基三甲胺、乙酰磺胺酸钾中的任意一种或几种。
3.根据权利要求1所述的轻质导电金属复合材料的制备工艺，其特征在于：所述变性剂选自对硝基苯酚、鲸蜡烷三甲基溴化铵、六亚甲基四胺中的任意一种或几种。
4.根据权利要求1所述的轻质导电金属复合材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤（1）中球磨机的转速为200 转/秒，球磨时间为2-4小时。
5.根据权利要求1所述的轻质导电金属复合材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤（2）中超声震荡处理的功率为1500W。
6.权利要求1-5任一项所述的制备工艺在制备含金属成分复合材料中的应用。
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