[發(fā)明專利]一種孔隙率、孔徑可控開孔泡沫銅的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310643228.8
• 申請(qǐng)日: 2013-12-03
• 公開（公告）號(hào): CN103602845A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王清周;劉惟均;崔春翔;陸東梅;徐萌;張明坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/08
• 分類號(hào): C22C1/08;C22C9/00
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的技術(shù)方案涉及有開或閉孔隙的金屬的制造，具體地說是一種開孔泡沫銅的制備方法。

背景技術(shù)

開孔泡沫銅是一種在銅基體中均勻分布著大量連通孔洞的新型多功能材料，其比表面積高，同時(shí)具有吸音、滲透、過濾及能量吸收等特性，在催化、化工、能源、熱能、環(huán)保、機(jī)械、電子、航空、緩沖和減震降噪領(lǐng)域都具有巨大的市場(chǎng)應(yīng)用潛力。

有關(guān)泡沫銅的制備方法，已經(jīng)研發(fā)的現(xiàn)有工藝技術(shù)有：定向凝固方法、去合金化方法、電沉積或氣相沉積方法、熔融金屬滲流方法及粉末冶金方法。其中定向凝固方法可制備多種構(gòu)型的泡沫金屬特別是珊瑚狀泡沫銅，但孔隙率和開孔率均比較低，因此不適宜制備高孔隙率和開孔型泡沫銅。去合金化方法一般用于制備具有納米孔隙的泡沫銅，其生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。電沉積或氣相沉積方法用塑料泡沫為前驅(qū)材料，但因?yàn)榭椎男蚊病⒊叽缂翱紫堵实榷己艽蟪潭壬先Q于前驅(qū)材料，因此所制得泡沫金屬材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)仍有限制。熔融金屬滲流方法是采用可溶或可熔的造孔劑燒結(jié)體為前驅(qū)體、待制備泡沫的金屬為滲流體，滲流后將造孔劑溶/熔除來獲得開孔泡沫金屬的制備方法。該方法操作難度很大，造孔劑選擇困難，且在壓力滲流過程中由于溫度過高往往存在界面反應(yīng)。與上述方法相比，用粉末冶金方法可制備出構(gòu)型更為靈活、基體更為多樣化的多孔金屬，采用該工藝所制備的多孔材料具有更為寬廣的結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)的可調(diào)范圍，因此所制得泡沫金屬材料有著更廣的應(yīng)用范圍。CN101608271B公開了一種采用粉末冶金工藝制備開孔泡沫銅的方法，該方法以電解銅粉為原材料、NaCl顆粒為造孔劑，將兩者混合均勻并壓制成坯后進(jìn)行燒結(jié)，之后將所得材料在循環(huán)熱水中將NaCl顆粒溶除，得開孔泡沫銅產(chǎn)品。該方法工藝及所使用設(shè)備簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，且所制得的開孔泡沫銅產(chǎn)品的孔隙率及孔徑均可精確控制。然而，采用該工藝制備泡沫銅時(shí)，極少量殘留在銅基體中的NaCl可能會(huì)對(duì)銅基體造成腐蝕，從而影響材料的性能。CN103215470A亦公開了一種采用粉末冶金工藝制備開孔泡沫的方法。該方法系采用尿素顆粒為造孔劑，利用尿素在快速升溫過程中充分分解或揮發(fā)來獲得開孔泡沫銅。然而，該方法的主要問題在于對(duì)銅具有腐蝕性的尿素分解產(chǎn)物在較高溫度下經(jīng)由銅基體排出時(shí)，可對(duì)銅基體造成影響，進(jìn)而影響材料的性能及應(yīng)用。同時(shí)，該方法中所設(shè)計(jì)的尾氣收集系統(tǒng)增加了制備設(shè)備的復(fù)雜性和建造成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種孔隙率、孔徑可控開孔泡沫銅的制備方法，它是用粉末冶金方法，特別是利用對(duì)銅基體無腐蝕且價(jià)格低廉的冰糖顆粒作為造孔劑來制備泡沫銅，制備工藝及所使用設(shè)備簡(jiǎn)單，所得開孔泡沫銅的孔隙率及孔徑可控，燒結(jié)質(zhì)量較高，力學(xué)性能優(yōu)良。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種孔隙率、孔徑可控開孔泡沫銅的制備方法，包括以下步驟：

第一步，冰糖顆粒的預(yù)處理

對(duì)冰糖顆粒進(jìn)行破碎處理及不同粒徑顆粒的篩分，選出得到平均粒徑為0.2～2mm的冰糖顆粒；

第二步，制備生坯

將從第一步處理并篩分得到的冰糖顆粒與40～80μm的純銅粉均勻混合，同時(shí)加入為上述純銅粉和冰糖顆粒總質(zhì)量2～3%的添加劑無水乙醇，其中，冰糖顆粒的體積為冰糖顆粒與純銅粉體積之和的50～85%，將該均勻混合物裝入壓制模具，單向加壓至250～320MPa，獲得生坯；

第三步，冰糖顆粒的溶除

將第二步制得的生坯置于沸水中沖洗將冰糖顆粒溶除，沖洗過程直至該物品質(zhì)量不再變化結(jié)束，然后將該物品置于超聲波無水乙醇浴中洗10～15分鐘，再于烘箱中在80℃烘干；

第四步，惰性氣體氣氛保護(hù)燒結(jié)

將第三步制得的物品置于處于室溫的管式氣氛燒結(jié)爐中，并充入氬氣，10分鐘后采用以下階梯升溫方式：首先以10℃/min的升溫速率升溫至750～780℃并保溫?zé)Y(jié)1～2小時(shí)，然后再以3℃/min的升溫速率升溫至930～950℃并保溫?zé)Y(jié)2～3小時(shí)，隨爐冷卻至室溫后即制得開孔泡沫銅產(chǎn)品。

所述的冰糖是市售的單晶或多晶冰糖顆粒。

在上述一種孔隙率、孔徑可控開孔泡沫銅的制備方法中，所用的原材料純銅粉、冰糖顆粒和無水乙醇均為市售的普通化工商品；篩分、單向加壓、烘干和燒結(jié)均為公知的材料加工工藝；壓制模具、沸水沖洗裝置、超聲波清洗裝置和燒結(jié)爐均為公知的普通材料制備用設(shè)備。

本發(fā)明按上述方法可得到燒結(jié)質(zhì)量高、外觀及性能均優(yōu)異的開孔泡沫銅產(chǎn)品。該產(chǎn)品為由三維相互連通的空間網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的開孔銅泡沫，其孔隙率、孔徑均可精確控制，范圍分別為50～85%、0.2～2mm。