1.本发明属于金属及其复合材料领域，具体地，涉及一种新型铜基复合材料及其制备方法。
背景技术：
2.金属铜（cu）具有导热性和导电性高、延展性好、成形加工性优异等突出特点，从而广泛应用于电缆和电气、电子元件、军工破甲武器、电磁炮轨道等领域。随着科技发展日新月异，金属铜的使用范围越来越广，相应对其使用要求越来越高。然而，单一金属铜硬度和强度较低，已难以满足科技发展需求。在此背景下，多种多样的铜合金或铜基复合材料应运而生。在实际工况中，各种因素交互作用，对材料的服役性能要求非常高，比如无油脂润滑摩擦、磨损、腐蚀和核辐射交互作用的苛刻工况，要求材料具有良好的综合性能，如强度高、硬度高、耐磨损、耐腐蚀、抗核辐射、低摩擦系数等，实现结构与功能的一体化，而现有材料难以满足要求。
3.从铜基复合材料发展趋势来看，在铜基体中掺杂单一组元很难获得综合性能良好的铜基复合材料，因此，人们逐渐在铜基体中掺杂多组元以发挥各个组元的优势，从而获得综合性能良好的铜基复合材料。
4.中国专利cn201910703198.2公开一种铜基复合材料及其制备方法，包含的组分为w为3～18％，b4c为0.5~5%，其余的为铜。该专利引入w和b4c使铜材料具有高耐磨、高耐辐射等性能，但该材料不具有自润滑性。众所周知，摩擦、磨损、润滑是材料失效的三大形式，仅仅保证材料的耐磨性在有些工况下是不够的，如在需要减摩和润滑的工况，怎么保证材料同时具有高耐磨性和自润滑性，是一项科技工作者需要面临的新挑战。
5.与此同时，中国专利cn201810034091.9公开一种更耐磨的新型铜基自润滑复合材料，指出“当样品不含hbn时，摩擦系数相对较大，且在摩擦过程中摩擦系数发生较大的波动。加入hbn后，样品的摩擦系数显著下降”、“当铜基自润滑复合材料作为摩擦材料时，hbn在摩擦表面的剪力作用下形成一层固体润滑膜，其润滑机理类似于石墨薄膜改善材料的摩擦性能”。该专利同时也指出“添加hbn作为固体润滑剂可以改善锡青铜的摩擦学性能，但它也会降低锡青铜的耐磨性。因此，hbn在锡青铜中的质量分数应控制在1.5~2.5%”。可见，该专利知晓hbn可以改善铜材料的摩擦学性能，但为了防止hbn对铜材料耐磨性的负面影响，仅仅采用控制hbn含量的方法，是有局限性的。
技术实现要素：
6.为了解决现有技术中的不足，本发明的目的一在于提供一种新型铜基复合材料，目的二在于提供所述新型铜基复合材料的制备方法。本发明将同为含硼物质的b4c和hbn协同引入到铜基体中，通过限定各组分的含量，同时保证了铜材料的高耐磨性和充分的自润滑性；采用本发明所述制备方法，经特定条件下的烧结，使b4c和hbn可相互交织，实现铜材料的高致密化。
7.为了实现上述目的，本发明采用的具体方案如下：一种新型铜基复合材料，包含的组分及其质量百分比分别为：b4c为10～20％，hbn为5~10%，其余的为铜。
8.本发明还提供制备上述铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、称取cu粉、b4c粉和hbn粉为原料，重量比控制在（70~85）：（10~20）：（5~10），装入陶瓷球磨罐，抽真空并充高纯氩气；步骤二、将经步骤一处理的球磨罐放入球磨机进行球磨，在真空保护下球磨2~5h，得混合粉体；将所述混合粉体取出填充到耐热钢制模具中；步骤三、将经步骤二填充的模具放到真空热压烧结炉内进行热压烧结成型，烧结温度为1035~1050℃，烧结压力为45~50mpa，保温、保压时间1~2h，真空度10-5
~10-7
pa，烧结完成后随炉降温至室温，得到一种新型铜基复合材料。
9.作为对上述方案的进一步优化，步骤一所述的cu粉、b4c粉和hbn粉的纯度均大于99.9%。
10.作为对上述方案的进一步优化，步骤一所述的cu粉、b4c粉和hbn粉的粒度均≤500nm。
11.作为对上述方案的进一步优化，步骤二所述真空球磨的真空度为10-2
pa。
12.作为对上述方案的进一步优化，步骤三所述热压烧结的升温速度为70℃~75℃/min。
13.本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：1、本发明制备的新型铜基复合材料的工艺过程简单，生产周期短；所制备的新型铜基复合材料主要综合性能指标优异（最高致密度达99.95%，最高抗拉强度达450mpa，最高硬度达86hbw）。可以用于干摩擦、磨损、腐蚀和核辐射交互作用的苛刻工况。
14.2、致密度是影响材料性能的重要指标，在铜基体中同时引入hbn和b4c，由于hbn的层片状结构以及b4c较高的共价键，面临的首要问题是如何制备出高致密的铜基复合材料，而实践证明采用普通的烧结手段是行不通的。本发明经深入钻研粉末冶金相关原理和大量试验，发现在半熔态（温度1035~1050℃）、高真空（真空度≥10-5
pa）、高压力（烧结压力≥45mpa）的综合烧结条件下，b4c和hbn可相互交织，从而实现铜材料的高致密化，进而获得高性能铜材料。
15.3、b4c具有高强度、高硬度、耐腐蚀、中子吸收截面大等特性，而hbn是一种优异的固体润滑剂，同时具有耐腐蚀、吸收中子等特性。b4c和hbn同为含硼物质，在性能上可形成协同作用。hbn含量充足时，会形成明显的自润滑性能，含量较低时的润滑性能有限。因此，为了充分发挥hbn的润滑性能并保证其耐磨性，需采取更有效的措施。本发明将特定含量的b4c和hbn协同引入到cu基体中，并采用本发明所述的成形方法，获得兼具高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐核辐射和良好自润滑性等优异综合性能的新型铜基复合材料。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
17.实施例1(1) 选用cu粉（纯度和粒度分别为99.99%和50nm）、b4c粉（纯度和粒度分别为
99.96%和20nm）和hbn粉（纯度和粒度分别为99.98%和10nm）为原料，重量比控制在70：20：10，采用天平精确称重后，装入陶瓷球磨罐，抽真空，最终真空度为10-2
pa；(2) 将球磨罐放入球磨机进行球磨，球磨时间5h，将混合粉体取出填充到耐热钢制模具中；(3) 将模具放到真空热压烧结炉内进行热压烧结成型，烧结温度为1050℃，升温速度为75℃/min，烧结压力50mpa，保温、保压时间2h，真空度10-7
pa，烧结完成后随炉降温冷却，得到新型铜基复合材料。对其进行性能测试，电导率达致密度达99.95%，抗拉强度达450mpa，硬度为86hbw。
18.实施例2工艺过程基本同实施例1，但工艺参数有所不同。
19.(1) cu粉粒度500nm，b4c粉粒度70nm，hbn粉粒度80nm，重量比控制在85：10：5；(2) 球磨时间2h；(3) 热压烧结温度为1035℃，升温速度为70℃/min，烧结压力45mpa，保温、保压时间1h，真空度10-5
pa，所得到的新型铜基复合材料，致密度达99.12%，抗拉强度358mpa，硬度为75hbw。
20.实施例3工艺过程基本同实施例1，但工艺参数有所不同。
21.(1) cu粉粒度300nm，b4c粉粒度500nm，hbn粉粒度500nm，重量比控制在79：15：6；(2) 球磨时间4.5h；(3) 热压烧结温度为1040℃，升温速度为72℃/min，烧结压力47mpa，保温、保压时间1.8h，真空度10-6
pa，所得到的铜基复合材料，致密度达99.53%，抗拉强度达379mpa，硬度为78hbw。
22.本发明采用的b4c具有高强度、高硬度、耐腐蚀、中子吸收截面大等特性，而hbn是一种优异的固体润滑剂，同时具有耐腐蚀、吸收中子等特性，若将b4c和hbn协同引入到cu基体中，并采用合适的成形方法，一方面有望获得兼具高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐核辐射和良好自润滑性等优异综合性能的新型铜基复合材料，目前，这种材料尚未见相关报道。另一方面，b4c和hbn同为含硼物质，在性能上可形成协同作用，如中子吸收能力大幅提高。
23.hbn含量充足时，才会形成明显的自润滑性能，含量较低时的润滑性能有限。因此，为了充分发挥hbn的润滑性能并保证其耐磨性，需采取更有效的措施。若在铜基体中添加高含量hbn的同时，添加一定含量高耐磨性粒子，如具有自然界第三硬度的b4c，两者可实现协同化，进而同时保证铜材料的高耐磨性和充分的自润滑性。
24.采用本发明制备新型铜基复合材料，生产周期短且工艺较简单，制备的新型铜基复合材料综合性能优异，可用于干摩擦、磨损、腐蚀和核辐射交互作用的苛刻工况，具有十分广阔的应用前景和推广价值。
25.需要说明的是，以上所述的实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。