[發(fā)明專利]一種多孔銅或多孔銅合金的制備方法

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• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN105018772A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發(fā)明（設計）人: 任伊賓;肖克沈;孫玉霞;楊柯
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C9/00
• 代理公司: 沈陽晨創(chuàng)科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發(fā)明屬于金屬材料領域，特別提供一種新型多孔銅或多孔銅合金的制備方法。

背景技術

多孔材料具有的低密度、高比面積、低熱導率、高比強度、良好的吸能等特點使其在分離、傳感器、催化、減振緩沖、隔熱、消聲、過濾等方面得到廣泛應用，在航空、航天、化工、建材、冶金、原子能、石化、機械、醫(yī)藥和環(huán)保等諸多領域具有廣泛的應用前景。

從20世紀初期人類開始用粉末冶金方法制備多孔金屬材料起，多孔金屬的制造史已有近百年，其傳統(tǒng)的制備方法不斷地發(fā)展，新的工藝方法不斷出現(xiàn)，主要有：粉末燒結型、纖維燒結型、復合型、沉積型、腐蝕型等。模板法是近年來發(fā)展起來的合成多孔材料的一種重要方法，利用膠質晶體作為模板，將需要制成多孔材料的原料填充于模板材料的孔隙中，再通過一定的物理或化學方法除去模板材料，從而得到模板材料的反向復制品，即多孔材料。模板的選擇是這種方法最重要的步驟，決定著多孔材料的結構與性能。但是模板法或粉末燒結法的工藝均相對復雜。

脫合金法也是一種制備納米多孔材料的方法，利用合金中不同元素之間的化學活潑性差異，通過化學或者電化學方法選擇性地除去較為活潑的一個或多個組分，剩余組分通過原子擴散、聚集等方式自發(fā)形成三維雙連續(xù)的多孔金屬材料。目前通過選擇性腐蝕，己經制備出了納米多孔鉑、納米多孔鈀、納米多孔鈦、以及納米多孔銅等。但是此方法屬于脫合金腐蝕，用于制備多孔金屬材料一般都是在金屬材料表層進行，難以制備大塊材料。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種制備具有三維通孔結構的多孔純銅或銅合金的制備工藝。

本發(fā)明具體提供了一種多孔銅或多孔銅合金的制備方法，其特征在于：在真空環(huán)境中，使銅合金中易揮發(fā)的合金元素逐漸揮發(fā)，最終形成多孔銅或多孔銅合金。其中原材料銅合金中至少有一種易揮發(fā)合金元素，要求易揮發(fā)合金元素的蒸汽壓比銅合金中基體元素的蒸汽壓高，且能夠與基體合金元素形成均勻的合金或固溶體。

本發(fā)明的基本原理是利用銅合金中易揮發(fā)合金元素在特定的溫度區(qū)間相對較高的蒸汽壓(至少在同一溫度下高三個數(shù)量級)，在真空環(huán)境中逐漸揮發(fā)(真空度建議控制在10Pa以下)，最終形成多孔純銅或銅合金。根據(jù)以上原理，所述易揮發(fā)合金元素為鋅、鎘、鉍、硒、鎂、鍶、銻等具有較高蒸汽壓的元素。同時銅合金中易揮發(fā)元素的含量需要控制在原子百分比20％-80％之間，以形成不同的孔隙率。

本發(fā)明所述多孔銅或多孔銅合金的制備方法，其特征在于：可以使用市售銅合金或采用熔煉或粉末冶金方法制備的銅合金，銅合金表面拋光去氧化皮，根據(jù)不同銅合金的熔點，在低于合金熔點溫度下持續(xù)高真空處理，將其中具有較高蒸汽壓的鋅、鎘等合金元素脫出，獲得三維多孔純銅或銅合金。其中銅合金優(yōu)選為銅鋅合金或添加了其它強化元素的黃銅合金，最優(yōu)選為鋅含量為35-70％的黃銅；處理溫度優(yōu)選為450℃-700℃，持續(xù)真空度小于10Pa，處理時間隨著樣品尺寸增大而增加。

也可以采用本發(fā)明處理工藝將粒度大于10微米以上的銅合金粉末制備成多孔銅合金粉末或球體。

采用本發(fā)明所述方法制備的多孔銅或多孔銅合金，其特征在于：所述多孔銅或多孔銅合金的孔徑分布為0.1-100微米，可以應用于電池集電體、分離、過濾、催化、消音、吸震、屏蔽、熱交換等領域。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)、真空熱處理工藝成熟，可以進行規(guī)模化生產，不僅可以制備大尺寸塊體，而且特別適宜制備超薄多孔銅箔和多孔銅粉或銅球。

(2)、采用本發(fā)明工藝制備的三維多孔純銅或銅合金具有通孔結構，其孔隙率根據(jù)合金比例可調。

(3)、本發(fā)明制備的多孔銅合金，可以應用于電池集電體、分離、過濾、催化、消音、吸震、屏蔽、熱交換等領域。

附圖說明

圖1實施例4獲得的三維多孔銅合金圖片。

具體實施方式

以下實施例將對本發(fā)明予以進一步的說明，但并不因此而限制本發(fā)明。

如無特殊說明，本實施例中所有百分數(shù)均表示原子百分比。

實施例1

采用市售62黃銅，制備成20×20×1mm小片，懸掛在實驗室小型真空熱處理爐內，在600℃保溫持續(xù)高真空3小時，持續(xù)高真空，真空度保持在10Pa以內，獲得三維多孔純銅，孔徑為2-10微米，孔隙率為30％左右。

實施例2