[發(fā)明專利]一種銅燒結多孔材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN106676307B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設計）人: 陳潔;劉如鐵;熊翔
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;B22F3/11
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發(fā)明涉及一種銅燒結多孔材料的制備方法，屬于金屬多孔材料制備技術領域。

背景技術

金屬多孔材料是近年來迅速發(fā)展起來的一種新型多功能復合材料。這種材料除具金屬自身的優(yōu)良特性外，與致密材料相比，還具有特殊的結構功能性，如低密度、高比剛度、沖擊吸能、消音降噪、電磁屏蔽、散熱、滲透流通以及良好的阻尼特性，正因為其兼具結構材料和功能材料的雙重作用，廣泛應用于航天航空、交通運輸、建筑工程、冶金、新能源、環(huán)保及電化學等行業(yè)，尤其其優(yōu)異的熱傳導性能，廣泛地應用于航空航天器的傳熱、散熱以及熱交換領域。在眾多金屬多孔材料中，銅基多孔材料因其良好的導電性和延展性,且具有密度小,表面積大，散熱面積遠大于相同質量的銅實體材料,是CPU及比GPU、LED等高熱流密度的電子元器件的理想散熱材料。

市場的需求促進了多孔銅制備技術的發(fā)展，如定向凝固、粉末冶金、電沉積或氣相沉積等，其中定向凝固法可制備多種構型的多孔銅，特別是珊瑚狀多孔銅，但孔隙率(一般約60％)和開孔率(一般約為40％)均比較低，因此不宜制備高孔隙率、開孔型多孔銅；電沉積或氣相沉積方法用塑料泡沫為前驅材料，孔型依賴于塑料泡沫，孔結構可調性低。現有粉末冶金法盡管能制備出多孔銅；但所制備出來的多孔銅的孔隙率一般小于等于70％，開孔率一般小于等于50％。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現有技術很難制備出孔隙率大于80％、開孔率高于75％的多孔銅材，提供一種工藝簡單、成本低、孔隙均勻可控、孔隙率高、開孔結構可控的多孔銅的制備方法。

本發(fā)明一種銅燒結多孔材料的制備方法；其實施方案為：將銅粉與造孔劑混合均勻后，壓制成型；然后在280℃～300℃，保溫；接著升溫至780℃～860℃，保溫；得到銅燒結多孔材料；所述造孔劑由甲基纖維素與碳酸氫銨按質量比：甲基纖維素：碳酸氫銨＝2～3:1。

為了進一提升產品的性能；本發(fā)明一種銅燒結多孔材料的制備方法；包括下述步驟：

步驟一

按質量比，銅粉：造孔劑＝1～2:1配取銅粉和造孔劑；

步驟二

將步驟一配取的銅粉和造孔劑加入球磨機中，球磨混料；得到混合均勻的混合料；

步驟三

對步驟二所的混合料進行壓制，得到壓坯；所述壓制的壓力為50～120MPa、優(yōu)選60～100MPa；

步驟四

將步驟三所得壓坯置于燒結爐中，在保護氣氛下，先以5-8℃/min的速度升溫至280℃～300℃，保溫，然后再8-10℃/min的升溫速率升溫至780℃～860℃，保溫，然后隨爐冷卻得到銅燒結多孔材料。

作為優(yōu)選方案，所述銅粉為純度大于等于99.9％的霧化銅粉。作為進一步的優(yōu)選方案，所述銅粉的粒度為250～350目。

作為優(yōu)選方案，甲基纖維素與碳酸氫銨的粒度均為250目～300目。

作為優(yōu)選方案，步驟二中，將步驟一配取的銅粉和造孔劑加入球磨機中，以不銹鋼球為磨球，以酒精為分散介質進行球磨混料得到混合均勻的漿料；然后經干燥、過篩處理，得到混合均勻的混合料；球磨混料時，控制球料質量比為3～4:1、控制所加入銅粉和造孔劑的總質量與分散介質的質量之比為1-1.5:1、控制球磨機轉速60～100r/min、控制混料時間8～12h。

作為優(yōu)選方案，步驟二中，球磨混料時，所用球磨機優(yōu)選為行星球磨機。

作為優(yōu)選方案，步驟二中，得到混合均勻的漿料后，在30-45℃烘干，然后過30目篩，得到混合均勻的混合料。

作為優(yōu)選方案，步驟三中，將步驟二所得混合料，倒入鋼模中，采用雙向壓制的方式，于60～100MPa保壓1-3秒，脫模，得到壓坯。

作為優(yōu)選方案，步驟四中，所述保護氣氛選自氫氣氣氛、氮氣氣氛、氬氣氣氛中的一種。

作為優(yōu)選方案，步驟四中，將步驟三所得壓坯置于燒結爐中，在氫氣氣氛下，先以5-8℃/min的速度升溫至280℃～300℃，保溫0.8-1.5小時，然后再8-10℃/min的升溫速率升溫至780℃～860℃，保溫1-2小時后隨爐冷卻至250℃以下，出爐，得到銅燒結多孔材料。

原理和優(yōu)勢

本發(fā)明通過造孔劑與制備工藝的協(xié)同作用，得到了空隙率大于等于80％，甚至高達90％以上，開孔率高于75％的多孔銅材。由現有技術相比較本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果體現在：

(1)工藝簡單，設備要求低，適用于大批量工業(yè)生產。

(2)孔形、孔徑可調；采用本工藝制備的銅多孔材料位三維通孔結構，孔隙率高(可達90％)，孔徑可通過復合造孔劑的比例進行調節(jié)。