一种高强度的铜板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料领域，具体涉及一种高强度的铜板材及其制备方法。

背景技术

板材种类较多，有金属板材、石材、塑材等，通常的石材中不具有金属成分，当石材中具有金属成分后可以提升石材的外观价值，提价整个产品的附加值，在石材中加入金属铜后，石材会具有一定的金属光泽，更加提升了石材的档次。石材在应用过程中，它的抗折压能力很重要，抗折压的强度太低，石材会容易产生断开、裂缝等问题。因此需要提高铜板材的抗折压强度。而现有技术中，所使用的铜板材，基本上都是采用单铜制备，其的抗折压性能还有待提高。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种高强度的铜板材及其制备方法及其制备方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种高强度的铜板材，包括以下重量份数的组分：50-80份铜粉，1-9份增强体粉末，12-15份环氧树脂，以及3-8份酚醛固化剂；

其中，增强体粉末包括以下原料：碳纤维、锌以及形状记忆合金颗粒。

作为本发明的优选方案，所述碳纤维、锌以及形状记忆合金颗粒的添加质量比为1-5：10：2-7。

作为本发明的优选方案，所述形状记忆合金颗粒为NiTi合金。

本发明还提供了一种高强度的铜板材的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将碳纤维、锌以及形状记忆合金颗粒混合均匀，制得增强体粉末；

步骤二，将铜粉和增强体粉末进行熔融，熔炼均匀后，进行浇注，浇注时加入环氧树脂和酚醛固化剂，混合均匀，得到混合熔体；

步骤三，将所述混合熔体置于无菌环境中冷却，然后取出，压制形成板材毛坯；

步骤四，对板材毛坯进行后工序处理，制得铜板材。

作为本发明的优选方案，所述步骤一中，在混合之前还包括附加步骤一，其具体为对碳纤维进行化学镀铜预处理。

作为本发明的优选方案，在化学镀铜处理之前还需对碳纤维进行氧化预处理，所述氧化预处理的具体方法为将碳纤维在浓硫酸和高锰酸钾的混合溶液中搅拌处理，同时对将形状记忆合金颗粒放入阴离子表面活性剂溶液中进行超声浸渍。

作为本发明的优选方案，搅拌处理20-40min，超声浸渍20-40min。

作为本发明的优选方案，所述步骤三中，制得板材毛坯之后将其置于300-400℃环境中进行热处理。

作为本发明的优选方案，热处理时间为5-30min。

作为本发明的优选方案，所述步骤四中，后工序处理包括切割、打磨以及抛光。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的一种高强度的铜板材，通过添加增强体，能够有效提高抗折弯强度；同时通过在增强体中添加碳纤维和锌，通过两者不同的形状结构，在铜晶相中的占位不一样，弥补晶格缺陷，另碳纤维的结构能够有效地将铜板材受到的外力分散，从而进一步提高其抗折弯强度。

（2）本发明的一种高强度的铜板材，通过在增强体中添加形状记忆合金颗粒，一方面由于碳纤维在混合过程中容易团聚，通过在碳纤维之间夹杂着形状记忆合金颗粒，由于其具有良好的形状记忆效应、超弹性性能，随着形状记忆合金颗粒的弹性恢复，将团聚的碳纤维再次分散开，从而有效解决了碳纤维容易团聚的问题，另一方面，形状记忆合金本身的超弹性性能，大大增加了铜板材的抗折弯性能。

（3）本发明的一种高强度铜板材，通过在对碳纤维进行预处理，提前进行的镀铜能够有效解决其与铜粉的结合，减少因界面应力影响铜板材的强度。

（4）本发明一种高强度的铜板材的制备方法，在碳纤维表面进行氧化预处理使其碳纤维表面含有的官能团带上负电荷，同时对形状记忆合金进行预处理使其表面也带上与负电荷，同性相斥的原理，使其团聚变得更难，因此，解决了碳纤维易团聚的现象，进一步提高了铜板材的抗折弯强度。

（5）本发明的一种高强度的铜板材的制备方法，通过对降温后的板材毛坯进一步热处理，能够进一步释放铜板材降温后的内部残余应力，从而提高其强度。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合实施例对本发明做进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，绝不限制本发明的保护范围。

一种高强度的铜板材，包括以下重量份数的组分：50-80份铜粉，1-9份增强体粉末，12-15份环氧树脂，以及3-8份酚醛固化剂；

其中，增强体粉末包括以下原料：碳纤维、锌以及形状记忆合金颗粒。

作为本发明的优选方案，所述碳纤维、锌以及形状记忆合金颗粒的添加质量比为1-5：10：2-7。

作为本发明的优选方案，所述形状记忆合金颗粒为NiTi合金。

本发明还提供了一种高强度的铜板材的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将碳纤维、锌以及形状记忆合金颗粒混合均匀，制得增强体粉末；

步骤二，将铜粉和增强体粉末进行熔融，熔炼均匀后，进行浇注，浇注时加入环氧树脂和酚醛固化剂，混合均匀，得到混合熔体；

步骤三，将所述混合熔体置于无菌环境中冷却，然后取出，压制形成板材毛坯；

步骤四，对板材毛坯进行后工序处理，制得铜板材。

作为本发明的优选方案，所述步骤一中，在混合之前还包括附加步骤一，其具体为对碳纤维进行化学镀铜预处理，提高增强体与铜粉的界面结合力。

作为本发明的优选方案，在化学镀铜处理之前还需对碳纤维进行氧化预处理，所述氧化预处理的具体方法为将碳纤维在浓硫酸和高锰酸钾的混合溶液中搅拌处理，同时对将形状记忆合金颗粒放入阴离子表面活性剂溶液中进行超声浸渍，根据同性电荷相斥的原理，减少碳纤维团聚的可能性，同理，也还可以是对其进行均修饰带正电荷的同性电荷处理方式。

作为本发明的优选方案，搅拌处理20-40min，超声浸渍20-40min。

作为本发明的优选方案，所述步骤三中，制得板材毛坯之后将其置于300-400℃环境中进行热处理，进一步释放铜板材的内部应力，从而提高其强度。

作为本发明的优选方案，热处理时间为5-30min。

作为本发明的优选方案，所述步骤四中，后工序处理包括切割、打磨以及抛光。

以下对上述技术方案作进一步说明。

实施例1

一种高强度的铜板材，包括以下重量份数的组分：50份铜粉，8份增强体粉末，14份环氧树脂，以及8份酚醛固化剂；其中，增强体粉末包括以下原料：碳纤维、锌以及形状记忆合金颗粒；所述碳纤维、锌以及形状记忆合金颗粒的添加质量比为1：10：2，所述形状记忆合金颗粒为NiTi合金。

一种高强度的铜板材的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将碳纤维、锌以及形状记忆合金颗粒混合均匀，制得增强体粉末；

步骤二，将铜粉和增强体粉末进行熔融，熔炼均匀后，进行浇注，浇注时加入环氧树脂和酚醛固化剂，混合均匀，得到混合熔体；

步骤三，将所述混合熔体置于无菌环境中冷却，然后取出，压制形成板材毛坯；

步骤四，对板材毛坯进行后工序处理，制得铜板材；后工序处理包括切割、打磨以及抛光。

实施例2

一种高强度的铜板材，包括以下重量份数的组分：60份铜粉，6份增强体粉末，13份环氧树脂，以及5份酚醛固化剂；其中，增强体粉末包括以下原料：碳纤维、锌以及形状记忆合金颗粒，所述碳纤维、锌以及形状记忆合金颗粒的添加质量比为3：10：4，所述形状记忆合金颗粒为NiTi合金。

一种高强度的铜板材的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将碳纤维、锌以及形状记忆合金颗粒混合均匀，制得增强体粉末；

步骤二，将铜粉和增强体粉末进行熔融，熔炼均匀后，进行浇注，浇注时加入环氧树脂和酚醛固化剂，混合均匀，得到混合熔体；

步骤三，将所述混合熔体置于无菌环境中冷却，然后取出，压制形成板材毛坯；

步骤四，对板材毛坯进行后工序处理，制得铜板材；后工序处理包括切割、打磨以及抛光。

实施例3

一种高强度的铜板材，包括以下重量份数的组分：80份铜粉，1份增强体粉末，12份环氧树脂，以及3份酚醛固化剂；其中，增强体粉末包括以下原料：碳纤维、锌以及形状记忆合金颗粒，所述碳纤维、锌以及形状记忆合金颗粒的添加质量比为5：10：7，所述形状记忆合金颗粒为NiTi合金。

一种高强度的铜板材的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将碳纤维、锌以及形状记忆合金颗粒混合均匀，制得增强体粉末；

步骤二，将铜粉和增强体粉末进行熔融，熔炼均匀后，进行浇注，浇注时加入环氧树脂和酚醛固化剂，混合均匀，得到混合熔体；

步骤三，将所述混合熔体置于无菌环境中冷却，然后取出，形成板材毛坯；

步骤四，对板材毛坯进行后工序处理，制得铜板材；后工序处理包括切割、打磨以及抛光。

实施例4

本实施例是在实施例2的基础上进行的改变，具体是所述步骤一中，在混合之前还包括附加步骤一，其具体为对碳纤维进行化学镀铜预处理，碳纤维置于镀液中进行化学镀铜，将镀铜后的溶液自然沉淀后离心，洗涤、干燥，制得镀铜碳纤维。

实施例5

本实施例是在实施例4的基础上进行的改变，具体是在化学镀铜处理之前还需对碳纤维进行氧化预处理，所述氧化预处理的具体方法为将碳纤维在浓硫酸和高锰酸钾的混合溶液中搅拌处理，搅拌处理30min，同时对将形状记忆合金颗粒放入阴离子表面活性剂溶液中进行超声浸渍；超声浸渍30min。

实施例6

本实施例是在实施例5的基础上进行的改变，具体是所述步骤三中，制得板材毛坯之后将其置于350℃环境中进行热处理。 热处理时间为10min。

对比例1

一种高强度的铜板材，包括以下重量份数的组分：60份铜粉，12份环氧树脂，以及3份酚醛固化剂。

一种高强度的铜板材的制备方法，包括以下步骤：

将铜粉进行熔融，熔炼均匀后，进行浇注，浇注时加入环氧树脂和酚醛固化剂，混合均匀，得到混合熔体；

步骤三，将所述混合熔体置于无菌环境中冷却，然后取出，形成板材毛坯；

步骤四，对板材毛坯进行后工序处理，制得铜板材；后工序处理包括切割、打磨以及抛光。

对上述实施例和对比例进行抗折弯强度测试，测试值见表1，抗折强度测定标准为GB/T9341-2008，加载速度为10 mm/min，样品尺寸为120mm×10mm。

表1 实施例和对比例的抗折弯强度测试值

从上表可以看出，实施例的抗折弯性能优于对比例1，主要是由于添加了增强体粉末，增强体中加入了碳纤维，由于碳纤维在铜相中能有及时将受到的外界作用力传输到碳纤维体上，从而提高了其抗折弯强度，另外在增强体中添加形状记忆合金颗粒，一方面由于碳纤维在混合过程中容易团聚，通过在碳纤维之间夹杂着形状记忆合金颗粒，由于其具有良好的形状记忆效应、超弹性性能，随着形状记忆合金颗粒的弹性恢复，将团聚的碳纤维再次分散开，从而有效解决了碳纤维容易团聚的问题，另一方面，形状记忆合金本身的超弹性性能，大大增加了铜板材的抗折弯性能；同时，实施例4的性能优于实施例2，主要是由于镀铜处理能够进一步提高碳纤维与金属相的结合力，实施例5由于实施例6，主要是由于在碳纤维表面进行氧化预处理使其碳纤维表面含有的官能团带上负电荷，同时对形状记忆合金进行预处理使其表面也带上与负电荷，同性相斥的原理，使其团聚变得更难，因此，解决了碳纤维易团聚的现象，进一步提高铜板材的抗折弯强度，实施例6性能最优，主要是其进一步能够释放铜板材降温后的内部残余应力，从而提高其强度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。