复合材料法得到高性能铜合金的原理及方法?复合材料可划分为两种基本类型:粒子增强型和纤维增强型。弥散强化铜合金属于粒子增强型复合材料,这种材料承受载荷的主要是基体，第二相是强化相，其作用在于阻止位错在基体中的运动，合金强度取决于分散粒子对基体中位错的阻碍能力。相反，在纤维增强型复合材料中，纤维是载荷的主要承受者，基体只是传递和分散载荷到纤维中去的媒介，材料的强度取决于纤维的强度、纤维与基体界面的粘接程度以及基体剪切强度等一系列因索。根据强化相引人方式的不同可以分为人工复合法和自身复合法。
高性能铜合金
1、人工复合法
人工复合法是指人为向铜中加入第二相的頼粒、晶须或纤维对铜基体进行强化，或依靠强化相本身的强度来增大材料强度的方法。氧化物弥散强化铜(ODS)是通过向基体中引人均匀分布的、细小的、具有良好热稳定性的氧化物顆粒，如AhO^ZiO^SiOh^OpT^C^等来强化铜基体而制得的材料。氧化物弥敵强化铜的强化机制和导电机制与沉淀强化型铜合金的类似，但弥散强化铜中的第二相顆粒在高温下性能稳定,因而具有较好的抗高温软化能力，这也是弥散强化铜的突出之处。制备ODS铜的关键是如何向铜基体中引人均匀分布的细小氧化物。目前比较成熟的是内氧化法，其基本过程是使Cu-X合金雾化粉末在高温氧化气氛中发生内氧化，使X合金元素转变为氧化物，然后在高温氢气气氛中将氧化的铜还原，形成铜与X氧化物的混合体，最后在一定压力下烧结成形。提高弥散强化铜性能的关键有两个，一是优化内氧化工艺和还原工艺，确保弥散质点的均匀分布，保证材质的各向同性并使得氧化铜全部还原;二是要优化固化成形方法，提高成品的致密度l54i。除了顆粒增强法外，纤维增强法也应用于开发高强高导铜合金。碳纤维-铜复合材料以其优良的导电性、导热性、抗磨损性能和低热膨胀系数而受到人们的重视。20%石墨纤维增强铜合金已成功地用作触头材料。机械合金化法是20世纪6〇年代末美国的Benjamin研制成功的一种新工艺,它通过将不同的金厲粉末和弥散粒子粉末在高能球磨机中长时间研磨，使金属原料达到原子级的紧密结合状态，同时使硬质粒子均勻地嵌人金属顆粒中得到复合粉末，然后压紧、成形、烧结、挤压。近年来应用机械合金化法已成功研制出一些高强高导铜合金，如Cu-Al203、CU-TiC、Cu-Zr€等。
2、自生复合法
自生复合法是复合材料的一种新型制备方法,它通过向铜中加人一定的合金元素,采用特定的工艺手段，使铜合金内部原位生成增强相，与基体铜一起构成复合材料，而并非加工前就存在增强相与基体铜两种材料。目前应用到高强高导铜合金的研制中的有以下几种方法:塑性变形复合法、原位反应复合法、原位生长复合法。塑性变形复合法是指往铜中加人过量的合金元索(Cr、Fe、Ta、V、Nb等)，制得两相复合体,过童的元索以单质形式呈枝晶状结构存在于凝固态合金中。此后对合金进行大变形量拉伸，使合金成为纤维增强复合材料。可以看出适合这种方法的合金元索应具备以下两个条件:一是在铜中的溶解度很小，不至于对铜基体的电导率产生太大的影响;二是要具有良好的塑性,以便加工变形。其制备过程包括制坯、预变形、最终变形三个主要阶段。材料的主要性能指标是极限拉伸强度和电导率。极限拉伸强度主要取决于第二相含董、变形量、第二相原始尺寸等，变形置越大，极限拉伸强度越高。这种材料的强化机理仍不很淸楚，主要模式有以下4种：
(1)混合规则。该规则指出，材料的极限抗拉强度为：
σc=σfVf+σmVm
式中,σf和σm分别为增强相和基体相的极限抗拉强度;和Vf、Vm相应的体积分数,此式的适用性较差。
(2)修正混合规则。该规则认为Cu基原位复合材料的屈服强度除了要考虑各相体积分数的影响外，还应考虑界面的作用。
(3)障碍模型。障碍模型是基于晶界阻碍位错,导致位错塞积，应力集中提出来的。如在Cu-Nb系中，界面作为位错源控制着横穿界面的塑性流变,并影响着材料的屈服特性。
(4)位错扩展模型。由于第二相纤维的阻碍作用，位错运动受阻。此类材料的电阻率由4部分组成，即：
ρtot=ρpb+ρimp+ρint+ρd
式中,ρtot为总的电阻率;ρph为中子散射电阻率;ρimp为杂质散射电阻率;ρint为界面散射电阻率;ρd为位错散射电阻率。为获得良好的导电性，应选择互不相溶或溶解度极小的第二组元,以减小杂质散射电阻。用这种方法制备的Cu-15%~20%Nb(体积分数)复合材料，其强度可达2000MPa、原位反应复合法是指在铜基体中,通过元索之间或元素与化合物之间发生放热反应生成增强体的一类复合法。
