颗粒增强铜基复合材料专利技术综述

2020-08-11杨文昭等同第一作者

科学技术创新 2020年22期

杨文昭陈帅（等同第一作者）

（国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心，天津300304）

1 专利检索情况

通过本领域技术人员对颗粒增强铜基复合材料专利技术综述的了解，以及结合各个数据库文献量和文献分布特点，选择中文专利数据库CNABS 和外文专利数据库VEN，采用关键词和IPC 分类号相结合的方式进行检索统计，对国内外颗粒增强铜基复合材料的专利进行全面分析。

2 颗粒增强铜基复合材料概况

铜基复合材料，不仅强度高，导电性与导热性与纯铜相近，还有良好的抗电弧侵蚀和抗磨损能力，是一种具有广泛应用前景的新型材料。其中颗粒增强铜基复合材料是研究最多的种类，并且已经取得很多成果。颗粒增强铜基复合材料是指在铜基体中人为地通过一定工艺生成弥散分布的第二相粒子。第二相粒子利用混合强化和阻碍位错运动的方式来提高铜基体的强度[1-2]。

3 专利申请分析

3.1 增强体申请量分布

图1 显示了不同增强体颗粒增强铜基复合材料的专利申请量分布，从图中可以看出，氧化物、碳化物为增强体的颗粒增强铜基复合材料专利申请较多，其中氧化物最多，其他种类的增强体如硼化物、氮化物、碳及其异形体也有较多的申请。氧化物增强体中以金属氧化物如Al2O3、非金属氧化物如SiO2、稀土氧化物如Y2O3为主。氧化物、碳化物、硼化物、氮化物为增强体的颗粒增强铜基复合材料主要是针对材料的力学性能而设计。碳及其异形体包括石墨、金刚石，主要是针对材料的导电热热性能和润滑性能而设计。其他种类的增强体中高温金属颗粒如W、Mo，均是为了提高材料的耐热性能而添加。硅藻土浮石氧化铁复合物、硅藻土海泡石氧化铁钴复合物则是针对材料的吸波性能而添加。锂镧锆氧基陶瓷是针对材料的阻尼性能添加。硫化物的添加如MoS2、WS2等往往是为了获得更好的润滑性能。

但是整体而言，增强体的选择仍是针对材料的力学性能为主，目的在于不降低铜合金导电导热性能的前提下，来提高材料的力学性能，以使其满足更多应用场景。

图1 不同增强体的专利申请量分布

3.2 制备方法的技术功效

图2 显示出不同制备方法制备颗粒增强铜基复合材料的技术功效。可以看出，不同制备方法制备出的颗粒增强铜基复合材料，主要都是针对材料的力学性能，其次是电性能和热性能，其他性能较少。这与颗粒增强铜基复合材料的设计目的有关，因为铜合金本身就具有较好的导电和导热性能，而铜合金制成的部件则要求材料不仅具有良好的导电性、导热性，而且还应具有较好的耐磨性，较高的强度，并具有良好的成型性，因而颗粒增强铜基复合材料的目的就是在不明显降低铜基体的导电性、导热性的基础上，来提高材料的各种力学性能。对于其他性能，则与铜合金在一些特定场合的特性需求有关，比如阻尼和吸波性能、抗熔焊粘结性能、阻垢率等。

图2 不同制备方法的技术功效图

3.3 该技术主要应用领域

颗粒增强铜基复合材料不仅具有铜合金的高电导率和高热导率，还具备良好的力学性能。因此，使得颗粒增强铜基复合材料比常规的铜合金具有更广泛的用途。随着电子电气行业的发展，颗粒增强铜基复合材料以优异的电性能被用作电导体和电连接件，以优异的热性能被用作电子封装材料、热沉、半导体引线框等散热部件，以优异的耐磨性能和导电性被用作电刷、点焊电极。而在汽车行业，颗粒增强铜基复合材料以优异的耐磨性能备用作刹车片、轴承等零部件。在其他领域，颗粒增强铜基复合材料还以其优异的阻尼性能，可作为吸波材料。