顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料專利技術(shù)綜述

楊文昭 陳 帥（等同第一作者）

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心，天津300304）

1 專利檢索情況

通過本領(lǐng)域技術(shù)人員對顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料專利技術(shù)綜述的了解，以及結(jié)合各個數(shù)據(jù)庫文獻(xiàn)量和文獻(xiàn)分布特點，選擇中文專利數(shù)據(jù)庫CNABS 和外文專利數(shù)據(jù)庫VEN，采用關(guān)鍵詞和IPC 分類號相結(jié)合的方式進(jìn)行檢索統(tǒng)計，對國內(nèi)外顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的專利進(jìn)行全面分析。

2 顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料概況

銅基復(fù)合材料，不僅強(qiáng)度高，導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性與純銅相近，還有良好的抗電弧侵蝕和抗磨損能力，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型材料。其中顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料是研究最多的種類，并且已經(jīng)取得很多成果。顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料是指在銅基體中人為地通過一定工藝生成彌散分布的第二相粒子。第二相粒子利用混合強(qiáng)化和阻礙位錯運動的方式來提高銅基體的強(qiáng)度[1-2]。

3 專利申請分析

3.1 增強(qiáng)體申請量分布

圖1 顯示了不同增強(qiáng)體顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的專利申請量分布，從圖中可以看出，氧化物、碳化物為增強(qiáng)體的顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料專利申請較多，其中氧化物最多，其他種類的增強(qiáng)體如硼化物、氮化物、碳及其異形體也有較多的申請。氧化物增強(qiáng)體中以金屬氧化物如Al2O3、非金屬氧化物如SiO2、稀土氧化物如Y2O3為主。氧化物、碳化物、硼化物、氮化物為增強(qiáng)體的顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料主要是針對材料的力學(xué)性能而設(shè)計。碳及其異形體包括石墨、金剛石，主要是針對材料的導(dǎo)電熱熱性能和潤滑性能而設(shè)計。其他種類的增強(qiáng)體中高溫金屬顆粒如W、Mo，均是為了提高材料的耐熱性能而添加。硅藻土浮石氧化鐵復(fù)合物、硅藻土海泡石氧化鐵鈷復(fù)合物則是針對材料的吸波性能而添加。鋰鑭鋯氧基陶瓷是針對材料的阻尼性能添加。硫化物的添加如MoS2、WS2等往往是為了獲得更好的潤滑性能。

但是整體而言，增強(qiáng)體的選擇仍是針對材料的力學(xué)性能為主，目的在于不降低銅合金導(dǎo)電導(dǎo)熱性能的前提下，來提高材料的力學(xué)性能，以使其滿足更多應(yīng)用場景。

圖1 不同增強(qiáng)體的專利申請量分布

3.2 制備方法的技術(shù)功效

圖2 顯示出不同制備方法制備顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的技術(shù)功效?？梢钥闯?，不同制備方法制備出的顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，主要都是針對材料的力學(xué)性能，其次是電性能和熱性能，其他性能較少。這與顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的設(shè)計目的有關(guān)，因為銅合金本身就具有較好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，而銅合金制成的部件則要求材料不僅具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，而且還應(yīng)具有較好的耐磨性，較高的強(qiáng)度，并具有良好的成型性，因而顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的目的就是在不明顯降低銅基體的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性的基礎(chǔ)上，來提高材料的各種力學(xué)性能。對于其他性能，則與銅合金在一些特定場合的特性需求有關(guān)，比如阻尼和吸波性能、抗熔焊粘結(jié)性能、阻垢率等。

圖2 不同制備方法的技術(shù)功效圖

3.3 該技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域

顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料不僅具有銅合金的高電導(dǎo)率和高熱導(dǎo)率，還具備良好的力學(xué)性能。因此，使得顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料比常規(guī)的銅合金具有更廣泛的用途。隨著電子電氣行業(yè)的發(fā)展，顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料以優(yōu)異的電性能被用作電導(dǎo)體和電連接件，以優(yōu)異的熱性能被用作電子封裝材料、熱沉、半導(dǎo)體引線框等散熱部件，以優(yōu)異的耐磨性能和導(dǎo)電性被用作電刷、點焊電極。而在汽車行業(yè)，顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料以優(yōu)異的耐磨性能備用作剎車片、軸承等零部件。在其他領(lǐng)域，顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料還以其優(yōu)異的阻尼性能，可作為吸波材料。

4 技術(shù)趨勢預(yù)測

從以上分析來看，顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料目前雖然已經(jīng)做了大量研究，也取得了很多成果，但是仍然存在諸多問題：尋找新的增強(qiáng)體種類、多種不同種類或不同尺寸增強(qiáng)體的復(fù)合強(qiáng)化，仍然有待進(jìn)一步探索；如何以更簡單的工藝和參數(shù)，拓展顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用場景是相關(guān)研究者的一個研究方向[3-4]。