本發(fā)明涉及高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅銀碳復(fù)合材料，尤其是涉及一種高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅銀碳復(fù)合材料的生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

1、磁場繞組線圈導(dǎo)體材料必須同時(shí)具備高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性，通常要求其強(qiáng)度大于700mpa，導(dǎo)電性大于75％?iacs，目前，滿足這些要求的主要是銅銀合金材料，銅銀合金相比其他合金具有更優(yōu)異的力學(xué)性能和導(dǎo)電性匹配關(guān)系。

2、這是由于cu和ag均為面心立方晶體結(jié)構(gòu)，銅銀合金經(jīng)過適當(dāng)?shù)男巫兒蜔崽幚砉に?，如拉伸變形和中間熱處理后，合金具備很高的強(qiáng)度，同時(shí)由于沒有引入額外散射，仍然能夠保持良好的導(dǎo)電性。研究表明，含銀量<8wt％的銅銀合金，添加銀后，抗拉強(qiáng)度提升至400-800mpa，電導(dǎo)率較純銅下降至60％-90％?iacs。

3、隨著磁場強(qiáng)度要求的不斷提升，需要強(qiáng)度和導(dǎo)電性進(jìn)一步提高才能滿足要求。然而，銅銀合金是一種典型的加工硬化型合金，想要進(jìn)一步提高力學(xué)性能往往需要進(jìn)行劇烈的塑性加工，此時(shí)加工過程中產(chǎn)生位錯(cuò)堆積，加工率越大相應(yīng)的位錯(cuò)堆積密度越大，導(dǎo)電性能會(huì)下降。

4、增加銀含量雖然可以提升力學(xué)性能，但由于ag相對(duì)于cu價(jià)格昂貴，如何在不增加ag含量的情況下提升綜合性能顯得意義重大。大部分學(xué)者通過在cu-ag合金中額外加入zr、sc等元素進(jìn)行組織調(diào)控，盡管這能提高抗拉強(qiáng)度，但材料內(nèi)部形成的嚴(yán)重缺陷導(dǎo)致電導(dǎo)率顯著降低。

5、目前，通過向基體內(nèi)部加入第二相粒子來強(qiáng)化材料，對(duì)導(dǎo)電性的影響最小。因此，尋找合適的添加相使cu-ag合金獲得高強(qiáng)度的同時(shí)保持良好導(dǎo)電性能，逐漸成為研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。

6、由于碳材料具有重量輕、物理性能優(yōu)異、高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性以及高導(dǎo)電性等突出特點(diǎn)，越來越多地被應(yīng)用于復(fù)合材料中，如石墨烯、碳納米管等。大量實(shí)驗(yàn)證明，石墨烯對(duì)金屬材料的力學(xué)性能有良好的增強(qiáng)效果。

7、然而，碳材料在基體中的質(zhì)量、分布狀態(tài)和完整性嚴(yán)重影響著復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，其中一個(gè)亟待解決的問題是碳材料在金屬基體中的均勻分散問題。專利公開號(hào)為cn108677040、cn108425033、cn108570574、cn108611521、cn108342609的中國專利分別公開了不同在銅基合金復(fù)合材料中加入碳材料的制備方法，將純銅、純銀錠、純銅粉末、純銀粉和石墨烯粉，采用氬氣保護(hù)熔體成合金，采用機(jī)械攪拌方式攪拌物理狀態(tài)為液態(tài)的合金熔體，同時(shí)將合金熔體溫度降低、保溫、澆鑄和后處理工藝制備復(fù)合材料。

8、然而，上述專利技術(shù)中，在攪拌液態(tài)合金溶體的過程中均存在碳材料漂浮問題，這致使碳材料無法充分地分布在合金溶體中，上述專利技術(shù)也沒有公開如何解決碳材料漂浮問題，致使在實(shí)際生產(chǎn)過程中無法直接制備分散性良好的銅銀碳復(fù)合材料復(fù)合材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種用半固態(tài)攪拌鑄造方法制備碳材料增強(qiáng)銅銀合金材料。該方法能夠改善碳材料在金屬溶體漂浮難以均勻分散的問題，實(shí)現(xiàn)碳材料均勻分布。通過加入碳材料后提供高導(dǎo)電通道增強(qiáng)電子傳輸提升導(dǎo)電性，使復(fù)合材料具有優(yōu)良的綜合性能，此方法制備簡單有利于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅銀碳復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟，

3、步驟1，預(yù)處理，祛除銅粉和銀顆粒的表面氧化層；

4、預(yù)處理具體包括祛除氧化層處理，祛除氧化層處理是分別將銅粉和銀顆粒分別放置于管式爐內(nèi)部，在氫氣和氬氣氛圍下進(jìn)行加熱，祛掉銅粉和銀顆粒的表面的氧化層；

5、在進(jìn)行祛除氧化層處理前分別對(duì)銅粉與銀顆粒進(jìn)行超聲清洗處理，分別將銅粉與銀顆粒投入超聲清洗機(jī)進(jìn)行超聲清洗處理，然后進(jìn)行干燥處理；

6、然后分別將銅粉與銀顆粒置于管式爐中進(jìn)行祛除氧化層處理，將管式爐的溫度提升至200～800℃，再通入氫氣與氬氣的混合氣氛后保溫1-3小時(shí)，將銅粉與銀顆粒的表面的氧化層祛除干凈，然后隨爐冷卻至室溫。

7、在將銅粉單獨(dú)投入超聲清洗機(jī)后順次進(jìn)行酒精超聲洗滌處理、蒸餾水超聲洗滌處理和干燥處理，循環(huán)執(zhí)行多次；

8、在將銀顆粒單獨(dú)投入超聲清洗機(jī)后順次進(jìn)行酒精超聲洗滌處理、蒸餾水超聲洗滌處理和干燥處理，循環(huán)執(zhí)行多次；

9、酒精超聲洗滌處理是先向超聲清洗機(jī)加入酒精，然后啟動(dòng)超聲清洗機(jī)的超聲波進(jìn)行超聲波清洗，實(shí)現(xiàn)酒精超聲洗滌，

10、蒸餾水超聲洗滌處理是先向超聲清洗機(jī)加入蒸餾水，然后啟動(dòng)超聲清洗機(jī)的超聲波進(jìn)行超聲波清洗，實(shí)現(xiàn)蒸餾水超聲洗滌。

11、步驟2，熔煉處理，將銅粉和銀顆粒投入真空熔煉爐的坩堝，銅粉和銀顆粒的摩爾比為400～100:1，進(jìn)行真空高溫熔煉，在熔煉過程中將真空熔煉爐的真空度(氣壓)保持在5mpa以下，得到銅銀合金熔體。

12、步驟3，轉(zhuǎn)變及保持物理形態(tài)，通過控制真空熔煉爐的溫度來降低和維持銅銀合金熔體的溫度，并將銅銀合金熔體的溫度保持在該銅銀合金熔體所對(duì)應(yīng)的半固態(tài)溫度區(qū)間內(nèi)。降低銅銀合金熔體的溫度，將銅銀合金熔體的溫度降低至1000～1080℃，將銅銀合金熔體的物理形態(tài)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍虘B(tài)，并在銅銀合金熔體轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍虘B(tài)后將銅銀合金熔體的溫度保持在1000～1080℃，進(jìn)行保溫處理使銅銀合金熔體的物理形態(tài)保持為半固態(tài)，再使用攪拌槳在真空下對(duì)半固態(tài)的銅銀合金熔體進(jìn)行紊流攪拌。

13、步驟4，在真空下進(jìn)行紊流攪拌的同時(shí)加入碳材料并繼續(xù)攪拌，按摩爾質(zhì)量0.1～0.5％mol的投入比例加入碳材料，碳材料包含但不限于石墨烯、碳納米管、石墨與碳量子點(diǎn)，將銅銀合金熔體的溫度保持在1000～1080℃，在攪拌過程中銅銀合金熔體的物理形態(tài)保持為半固態(tài)，使碳材料得以均勻地分散并懸浮于半固態(tài)的銅銀合金熔體中，半固態(tài)的銅銀合金熔體將分散在其內(nèi)部的碳材料固持并穩(wěn)定在銅銀合金熔體的內(nèi)部；

14、其中，在攪拌前，先在攪拌槳的表面涂滿高溫膠再將攪拌槳插入至半固態(tài)的銅銀合金熔體中，通過攪拌槳進(jìn)行機(jī)械攪拌銅銀合金熔體，攪拌槳的轉(zhuǎn)速為800～1200rpm。

15、步驟5，對(duì)澆鑄模具進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度為400～500℃，將銅銀合金熔體澆鑄于經(jīng)過預(yù)熱處理的澆鑄模具中，脫膜后獲得銅銀碳復(fù)合材料。

16、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明通過在合金材料種添加少量的碳材料，采用真空感應(yīng)熔煉，并使用了創(chuàng)新的半固態(tài)攪拌工藝，保證了碳材料在基體中具有較高的分散性和相對(duì)完整的結(jié)構(gòu)，半固態(tài)合金的微觀結(jié)構(gòu)具有固相顆粒懸浮在液相基體中的特點(diǎn)，均勻分散的碳材料能夠在拉應(yīng)力作用下得到有效承載，且位于銅銀合金晶界處碳材料起到位錯(cuò)釘扎作用，阻礙位錯(cuò)移動(dòng)和遷移，從而增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能，半固態(tài)成形能夠有效減少鑄造過程中的氣孔和縮孔缺陷，提高鑄件的致密性和機(jī)械性能。碳材料實(shí)現(xiàn)了與基體較強(qiáng)的界面結(jié)合，借助本身高電子遷移率特性，提升整體電荷傳遞速率，從而使導(dǎo)電性提高。

17、本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明不但解決了因碳漂浮而導(dǎo)致的碳材料分散不均勻的問題而且制備得到的成本更低、相對(duì)綜合性能更好的銅銀碳復(fù)合材料。