[发明专利]超微米氧化铜粉体材料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明提供的一种制备超微米氧化铜粉体材料的方法，属于高性能功能材料领域。

背景技术：

氧化铜是一种具有多种催化活性的物质。广泛应用于玻璃、陶瓷和搪瓷，燃料、触媒、以及制造其他铜盐；氧化铜还用于人造丝工业，油脂脱硫剂、油漆的防皱剂及电子行业等。氧化铜作为固体火箭推进剂的燃速催化剂，不仅能提高燃速，降低压强指数，而且对AP复合推进剂亦有较好的催化效果；用作传感器的包覆膜，能够大大提高传感器对的选择性和灵敏度，由于含铜氧化物在高温超导领域的异常特性，使其又成为重要的模型化合物，用于解释复杂氧化物的光谱特征。此外，由于氧化铜对一氧化碳的完全氧化具有较高的催化活性，有望用作汽车尾气的净化材料。超细粉体具有界面效应，尺寸效应和体积效应，因此具有比一般粉体更强的功能性。制备超细氧化铜粉体已成为广大学者研究的一个热点问题。目前，超细氧化铜粉体的的制备方法有室温固相反应法、低温固相配位化学反应法、声化学法、醇热法、改进的溶胶-凝胶法、快速液相沉淀法等。这些方法具有自身优点的同时也有不足之处。制备成本高，工艺流程复杂，污染严重成为制约上述方法实现产业化的根本原因。因此开发一种成本低廉，操作简单，处理方便，反应条件温和，环境友好，易于工业化生产的超细氧化铜粉体材料具有重要意义。如果不在高温或碱(酸)性液体条件下直接制备生成超细氧化铜粉体，将会节省大量的加工成本，并有利于环境的保护。

机械合金化(Mechanical Alloying，简称MA)是一种制备合金粉末的高新技术[4]，它是在高能球磨的作用下，利用金属粉末混合物的反复变形、断裂、焊合、原子间相互扩散或发生固态反应形成合金粉末。机械合金化作为新材料的制备技术之一，特别是其在细微、超细微粉体材料的研究方面占有重要的地位，已引起材料科学界的广泛关注。本专利采用高能球磨法结合充氧法制备氧化铜粉末，既缩短制备工艺流程，降低加工成本，也避免了常规方法中酸性(碱性)物质对环境的污染。

发明内容：

本发明提供了一种制备超微米氧化铜粉体材料的方法——氧化球磨法，即通过球磨法结合充氧技术一次获得氧化铜粉末。其原料可以是纯铜线(或纯铜块)，也可以是纯铜加工过程中产生的已部分发生氧化的氧化皮。这种方法不但不需要高温或合成前驱体，而且制备过程中工艺流程短，酸性(碱性)药剂用量少，对环境友好。制备的氧化铜粉体材料纯度高(≥99％)，粒度小(平均粒度≤1μm)，部分粉末粒度可以达到纳米级。

本发明为达到上述目的，采用的方案是：

1)如采用纯铜线(或纯铜块)为原料时，将纯铜线(或纯铜块)切割成为小体积块(≤10mm³)，并保证切割过程中无杂质混入；如采用氧化皮为原料时，氧化皮需加热干燥，干燥温度100～200℃，保温时间1～5h，除去吸附表面的蒸气。

2)将准备好的小纯铜体积块或氧化皮放入球磨机的球磨罐中进行球磨，球料比：10∶1～100∶1，公转速度：100～450r/min，自转速度：100～750r/min，球磨时间：1～10h。

3)在球磨过程中对球磨罐进行充氧，制备过程中充氧次数：1～10次。在球磨罐中铜与氧反应过程用化学方程式表示如下：

2Cu+O₂＝2CuO      (1)

Cu+Cu²⁺＝2Cu⁺     (2)

2Cu₂O+O₂＝4CuO    (3)

本发明中所述的原料可以是纯铜线(或纯铜块)，也可以是纯铜加工过程中产生的已部分发生氧化的氧化皮。纯铜线(或纯铜块)中铜的含量≥99％。

本发明的优点和积极效果，体现在：

1)与传统制备超细氧化铜粉体材料的工艺相比，避免了高温和大量使用化学药剂，如酸，碱，盐等，对环境不造成污染。

2)在球磨过程中，球磨罐升高的温度可以实现铜与氧的化学合成。当在氧气充分的情况下，能够形成氧化铜。铜的氧化与氧化铜粉末的生成同时完成大大缩短工艺流程。

3)该方法制备的氧化铜粉体，具有较高的纯度(≥99％)，较小的粒度(平均粒度≤1μm)，且部分粉末粒度已达到纳米极(1～100nm)。

附图说明：

图1为本发明实施例一所得氧化铜粉末的形貌(×3000)。

图2为本发明实施例一所得氧化铜粉末的X射线衍射谱。

图3为本发明实施例二所得氧化铜粉末的形貌(×3000)。