本發明專利技術屬于金屬基復合材料領域，涉及一種納米陶瓷顆粒增強銅基復合材料及其制備方法。制備方法包括以下步驟：S1：預加熱納米陶瓷顆粒以去除其水汽，將納米陶瓷顆粒分為若干份，每份納米陶瓷顆粒均使用銅箔包覆，獲得若干份預制增強體；S2：向坩堝中通入保護氣體，并將銅粒放入坩堝中，高溫熔煉為銅熔體；S3：將一份預制增強體加入銅熔體中，并攪拌混勻；S4：重復步驟S3，直至所有預制增強體加入銅熔體中，并攪拌混勻；S5：停止攪拌，打開坩堝底部的塞棒，啟動連鑄工序，得到納米陶瓷顆粒增強銅基復合材料鑄錠。本發明專利技術通過分次加入預制增強體和機械攪拌的方式使納米陶瓷顆粒在銅基中均勻分布，以有效改善復合材料的力學性能。
1、在金屬基復合材料的研發與制備領域，基體材料與增強體材料的選擇及其復合效果一直是研究的重點。其中，潤濕性作為判斷基體材料和增強體材料能否成功并簡單實現復合的關鍵因素，受到了廣泛關注。然而，在實際實驗和生產過程中，除了潤濕性外，增強體與基體之間的密度差也是一個不容忽視的重要因素。
2、攪拌鑄造作為生產金屬基復合材料的一種簡單高效、適合大規模生產的方式，其過程涉及熔化金屬、添加增強體材料至熔體中，并通過攪拌等方式使其均勻分布在熔體中，最后澆鑄至模具中冷卻。然而，在熔煉澆鑄的過程中，顆粒的均勻分布會受到多種參數的影響，包括熔融金屬的粘度、傳熱速率、潤濕性以及攪拌方法等。特別是當基體材料與增強體材料密度相差過大時，增強體會有沉降趨勢，這通常需要通過機械攪拌并提高轉速的方式來使增強體均勻分散。
3、然而，攪拌鑄造在大氣環境下進行時，會面臨一系列挑戰。高速攪拌會不可避免地引入空氣，從而造成顆粒分布不均、氣孔等缺陷。同時，高轉速產生的強大離心力有可能將納米顆粒甩至坩堝壁上，從而降低收得率。這些問題不僅影響了復合材料的制備效率，也對其性能造成了不利影響。
4、針對上述問題，本專利技術提出了一種納米陶瓷顆粒增強銅基復合材料及其制備方法。通過優化制備工藝，本專利技術旨在解決增強體在基體中的均勻分散問題，同時避免氣孔等缺陷的產生，從而提高復合材料的整體性能。
>1、有鑒于此，本專利技術旨在提供一種納米陶瓷顆粒增強銅基復合材料及其制備方法，通過分次加入預制增強體和機械攪拌的方式使納米陶瓷顆粒在銅基中均勻分布，以有效改善復合材料的力學性能。2、第一方面，本專利技術提供一種納米陶瓷顆粒增強銅基復合材料的制備方法，包括以下步驟：
3、s1：預加熱納米陶瓷顆粒以去除其水汽，將納米陶瓷顆粒分為若干份，每份納米陶瓷顆粒均使用銅箔包覆，獲得若干份預制增強體；
4、s2：向坩堝中通入保護氣體，并將銅粒放入坩堝中，高溫熔煉為銅熔體；
5、s3：將一份預制增強體加入銅熔體中，并攪拌混勻；
6、s4：重復步驟s3，直至所有預制增強體加入銅熔體中，并攪拌混勻；
7、s5：停止攪拌，打開坩堝底部的塞棒，啟動連鑄工序，得到納米陶瓷顆粒增強銅基復合材料鑄錠。
8、可選的，納米陶瓷顆粒為hfc、tac、wc中的一種。
9、可選的，納米陶瓷顆粒的粒徑為50～300nm。
10、可選的，在步驟s1中，預加熱納米陶瓷顆粒的溫度為150～300℃。
11、可選的，在步驟s1中，納米陶瓷顆粒按質量等分為3～8份。
12、可選的，在步驟s2中，銅基的熔煉溫度為1300～1400℃。
13、可選的，在步驟s3和s4中，攪拌速度為100～250rpm，攪拌時間為5～15min。
14、可選的，在步驟s3中，攪拌速度為200rpm，攪拌時間為5min。
15、可選的，在步驟s4中，攪拌速度為150rpm，攪拌時間為10min。
16、可選的，坩堝為圓柱形高純石墨坩堝，其直徑為d、高度為h。在步驟s3和s4中，攪拌所用的攪拌棒為四葉高純石墨攪拌棒，其攪拌直徑為0.4d、葉片寬度為0.15d，葉片相對于水平面的傾斜角為45°。
17、可選的，在步驟s3和s4中，在攪拌過程中，攪拌棒的底端與坩堝的底面的距離保持在0.1～0.25h范圍內。
18、可選的，在步驟s5中，連鑄拉坯的速度為1～2.5mm/s。
19、第二方面，本專利技術還提供一種根據上述方法制備得到的納米陶瓷顆粒增強銅基復合材料。
20、第三方面，本專利技術還提供一種銅合金制品，該銅合金制品主要由上述納米陶瓷顆粒增強銅基復合材料制成制成。
21、本專利技術的有益效果在于：
22、首先，本專利技術通過將納米陶瓷顆粒分為若干份，并利用銅箔包覆形成若干個預制增強體以增大密度，避免納米陶瓷顆粒在銅熔體中的漂浮現象。不僅如此，若直接將納米陶瓷顆粒投入銅熔體中，由于納米顆粒的微小尺寸和特殊表面性質，它們可能無法被銅熔體完全潤濕。這種不完全潤濕的現象會嚴重阻礙納米陶瓷顆粒在銅熔體中的均勻分散，進而影響復合材料的最終性能。而本專利技術將納米陶瓷顆粒預先包覆在銅箔中，銅箔作為銅原子的密集排列體，具有與銅熔體極佳的潤濕性。當銅箔包覆的納米陶瓷顆粒進入銅熔體時，銅箔在高溫的銅熔體中逐漸溶解，釋放出納米陶瓷顆粒。由于銅箔與銅熔體之間的良好潤濕性，使得納米陶瓷顆粒在釋放過程中能夠更容易地被熔體潤濕，并借助銅熔體的流動和攪拌作用實現均勻分散。
23、在此基礎上，本專利技術采用的機械攪拌與立式連鑄相結合的方式，實現了納米陶瓷顆粒在銅熔體中的高效、均勻分散。通過優化攪拌參數，本專利技術使預制增強體能夠在銅熔體底部中下部實現均勻分散，顯著提高了復合材料的整體性能。不僅如此，本專利技術的攪拌參數還能夠成功避免高速攪拌過程中空氣的引入以及納米顆粒被甩至坩堝壁上的問題，從而提高了納米顆粒的收得率。而立式鑄造的方式隔絕了空氣的引入，確保了熔體的純凈度和復合材料的質量。
24、可見，本專利技術提供的制備方法，不僅能夠獲得納米陶瓷顆粒均勻分散的復合材料，還提高了生產效率，還顯著降低了生產成本，為納米陶瓷顆粒增強銅基復合材料的規模化生產提供了有力支持。
25、此外，本專利技術采用立式連鑄獲得復合材料的鑄錠，利用了連鑄結晶器的快速冷卻技術，不僅確保了納米顆粒在凝固過程中不會發生二次沉降，還有助于保持納米顆粒在基體中的均勻分布，還有助于細化晶粒，提高材料的各項性能。
26、本專利技術的其他優點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本專利技術的實踐中得到教導。本專利技術的目標和其他優點可以通過下面的說明書來實現和獲得。
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【技術保護點】
1.一種納米陶瓷顆粒增強銅基復合材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述納米陶瓷顆粒為HfC、TaC、WC中的一種。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述納米陶瓷顆粒的粒徑為50～300nm。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：在步驟S1中，預加熱所述納米陶瓷顆粒的溫度為150～300℃。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：在步驟S1中，所述納米陶瓷顆粒按質量等分為3～8份。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：在步驟S2中，銅基的熔煉溫度為1300～1400℃。
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：在步驟S3和S4中，攪拌速度為100～250rpm，攪拌時間為5～15min。
8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述坩堝為圓柱形高純石墨坩堝，其直徑為D、高度為H；在步驟S3和S4中，攪拌所用的攪拌棒為四葉高純石墨攪拌棒，其攪拌直徑為0.4D、葉片寬度為0.15D，葉片相對于水平面的傾斜角為45°。
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于：在步驟S3和S4中，在攪拌過程中，所述攪拌棒的底端與所述坩堝的底面的距離保持在0.1～0.25H范圍內。
10.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：在步驟S5中，連鑄拉坯的速度為1～2.5mm/s。
11.根據權利要求1～10任一所述的方法制備得到的納米陶瓷顆粒增強銅基復合材料。
12.一種銅合金制品，其特征在于，所述銅合金制品主要由權利要求11所述的納米陶瓷顆粒增強銅基復合材料制成。
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【技術特征摘要】
1.一種納米陶瓷顆粒增強銅基復合材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述納米陶瓷顆粒為hfc、tac、wc中的一種。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述納米陶瓷顆粒的粒徑為50～300nm。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：在步驟s1中，預加熱所述納米陶瓷顆粒的溫度為150～300℃。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：在步驟s1中，所述納米陶瓷顆粒按質量等分為3～8份。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：在步驟s2中，銅基的熔煉溫度為1300～1400℃。
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：在步驟s3和s4中，攪拌速度為100～250rpm，攪拌時間為5...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧敖，徐詩鑫，張芝民，向愷靈，于智成，安峻宏，蔣金鈺，莊重瑞，余海濤，馮科，朱科，
申請(專利權)人：中冶賽迪技術研究中心有限公司，
類型：發明
國別省市：
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