[發(fā)明專利]一種泡沫銅的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310471550.7
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103526064A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設計）人: 鐘浩;周蕓;左孝青
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種泡沫銅的制備方法，屬于粉末冶金制備金屬多孔材料的技術(shù)領域。

背景技術(shù)

泡沫銅是一種以銅基體的具有多孔結(jié)構(gòu)的功能材料。其具有優(yōu)良的電及熱傳導性能，材料內(nèi)部具有大量的三維立體孔狀結(jié)構(gòu)，同時兼具金屬銅自身的耐堿腐蝕性、較好的抗拉強度及延展性，并有較好的電磁屏蔽及消聲減震作用。可廣泛應用于CPU及顯卡、LED等電子元器件的導熱及散熱材料、阻燃材料、相變儲能材料、緩沖減震結(jié)構(gòu)材料、鋰離子或燃料電池電極材料、消音材料、電磁屏蔽材料、建筑裝飾材料、過濾凈化材料、含油軸承材料、以及催化劑載體等。多孔銅材料的制備方法主要有電沉積法、粉末冶金法、固-氣共晶定向凝固法，以及滲流鑄造法等。其中電沉積法、滲流鑄造法以及固-氣共晶定向凝固法等都存在工藝復雜，工藝參數(shù)多且難以控制，制備成本較高等缺點。而粉末冶金法卻有著工藝簡單、成本低、孔徑與孔隙率可控、力學性能好等諸多優(yōu)點。目前國內(nèi)外采用粉末冶金法制備泡沫銅的專利不多，對造孔劑的選擇也不一樣，主要選用的造孔劑有尿素、氯化鈉、碳酸鉀，但是采用氯化鈣作為造孔劑的報道尚未見到。

與其他已公開專利相比，本發(fā)明有許多優(yōu)點。首先，無水氯化鈣安全無毒，價格便宜且采購容易，全國大部分地區(qū)都有生產(chǎn)，這將大大降低泡沫銅制備成本。本發(fā)明采用球形顆粒無水氯化鈣作為造孔劑既可以使銅粉分布得非常均勻，從而提高孔隙率，同時還具有良好的孔形狀可控性，保證泡沫銅力學性能良好，與專利CN200910069792.7中所提出的造孔劑氯化鈉相比，由于目前市面上的氯化鈉大多是不規(guī)則形狀，因此制備出的孔也是不規(guī)則形狀，使泡沫銅的力學性能存在缺陷，另外，氯化鈣與氯化鈉相比具有更好的水溶性，更容易去除。而與專利CN201310158846.3中提出的以尿素為造孔劑相比，由于氯化鈣的熔化溫度較高，在它未熔化之前都能起到很好的支撐作用，而尿素在低溫就分解，并且產(chǎn)生含氧氣體，在不能保證孔形狀的同時，還會造成銅的氧化，因此制備出的泡沫銅還需要在還原性氣氛中還原處理，而氯化鈣高溫時候僅僅是熔化，不會分解產(chǎn)生污染氣體，更不會造成銅的氧化，因此氯化鈣與尿素相比具有明顯優(yōu)勢。與專利CN201210095571.9中提到的碳酸鉀作為造孔劑相比，由于國內(nèi)生產(chǎn)的碳酸鉀都是粉末狀的，不能制備出球形孔，同時碳酸鉀高溫分解產(chǎn)生的氣體會造成大氣污染。綜上所述，采用氯化鈣制備泡沫銅在成本方面大大降低，同時還不會造成環(huán)境污染，非常有利于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明就是為了解決上述工藝中所存在的問題而提出的一種泡沫銅的制備方法，該方法工藝簡單，成本低廉，對環(huán)境無污染，且用該方法制備出的泡沫銅具有孔徑和孔隙率可控、孔形狀好、強度較高等諸多優(yōu)點。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：將造孔劑與金屬粉末加粘結(jié)劑按比例混合，壓實成坯后干燥去除粘結(jié)劑，在保護性氣氛爐中燒結(jié)，用高溫熔化流出或用水溶解的辦法去除造孔劑后，將樣品離心去水并干燥即得到泡沫銅材料。具體步驟包括如下：

（1）將銅粉與造孔劑無水氯化鈣球形顆粒按照體積比10～60：40～90配料，然后加入水作為粘接劑進行混料，再將混合料壓制成坯料并干燥；

（2）將干燥后的坯料置于氬氣或氮氣氣氛下以5～10℃/min的升溫速率升至800～1000℃燒結(jié)1～3h，隨爐冷卻；

（3）將燒結(jié)好的坯料在流動水中浸泡30～60min，離心去除其中的水分后干燥即制的泡沫銅。

所述銅粉為粒徑40～150μm的不規(guī)則形狀銅粉，純度大于99.6%。

所述銅粉與造孔劑無水氯化鈣球形顆粒的體積比是按照最終需要制得的泡沫銅的孔隙率來確定的，孔隙率越大，造孔劑的與銅粉的比例越高，上述比例制得的泡沫銅的孔隙率為75～95%，如圖3所示。如圖1所示，表示的是在同種孔徑不同孔隙率狀況下的應力應變曲線，圖中曲線很好的解釋了泡沫銅的變形機理，開始的時候是以孔壁的壓縮變形為主的彈性變形區(qū)；接著是一個長長的坍塌平臺區(qū)，應力緩慢增加；繼續(xù)加載時則達到密實化區(qū)，由于密實區(qū)坍塌的孔變?yōu)槊媾c面接觸，應力迅速增大，平滑的應力應變曲線還說明泡沫銅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常均勻。

所述無水氯化鈣球形顆粒的粒徑范圍為0.5～3.3mm，粒徑的選擇是根據(jù)孔徑要求確定的，粒徑越大，孔徑越大，上述粒徑范圍制得的泡沫銅的孔徑為0.5～3.3mm。圖2為所制備的相同孔隙率不同孔徑的泡沫銅的應力應變曲線，曲線說明在相同孔隙率的情況下，泡沫銅的壓縮強度隨著孔徑的減小而稍微增大。

所述水的加入量是銅粉與造孔劑總量的2～5wt%。