[发明专利]一种制备高强高导弥散强化铜的方法

说明书

技术领域

 本发明涉及粉末冶金技术领域，属于氧化物弥散强化材料的范畴。特别提供了一种利用电子线路板蚀刻废液（HW22）低成本大规模工业化制备Cu(OH)₂/X(OH)_n复合粉末，经煅烧、还原、致密化工艺制备高强度高导电性铜基氧化物弥散强化材料的生产工艺方法。

背景技术

弥散强化铜是一类具有优良综合性能的新型结构功能材料，它兼具高强高导性能和良好的抗高温软化能力，被认为是极有发展潜力和应用前景的新型功能材料，已逐渐受到各国的高度重视。顾名思义，氧化物弥散强化铜的强化相粒子是氧化物，它以纳米级尺寸均匀弥散分布于铜基体内，与析出强化型铜合金时效析出的金属间化合物粒子不同，在接近于铜基体熔点的高温下也不会溶解或粗化，因此可以有效地阻碍位错运动和晶界滑移，提高合金的室温和高温强度，同时又不明显降低合金的导电性，且耐磨耐蚀性也较好。弥散强化铜的出现，不仅丰富了铜合金的种类，而且扩大了其使用的温度范围。它已被广泛应用于电阻焊电极、大规模集成电路引线框架、灯丝引线、电触头材料、大功率微波管结构材料、连铸机结晶器、直升机启动马达的整流子及浸入式燃料泵的整流子、核聚变系统中的等离子作用部件、燃烧室衬套、先进飞行器的机翼或叶片前缘等。

高强高导弥散强化铜在美国、日本等发达国家开发研究异常活跃，已有诸多产品进入实用化阶段。限于其应用领域，各国对材料工艺研究成果都严加保密。我国对这类材料的研究起步较晚，目前仍未能大规模应用，主要问题是某些性能还偏低、生产成本较高、不宜批量生产等。因此，探索新材料及其制备工艺，提高材料的性能，降低生产成本，推动其发展和应用是高强高导弥散强化铜得以成功应用的关键所在。

目前，国内外已开发出众多弥散强化铜的制备工艺，主要包括粉末冶金法、机械合金化法、复合电沉积法、热还原法、内氧化法和反应喷射沉积法等。其中，国内外高强高导弥散强化铜的商业化生产，主要采用内氧化法和机械合金化方法。然而，内氧化法最大的缺点在于其工艺复杂，周期长，生产成本较高，质量难以控制，特别是氧气量和氧化时间较难控制，因此对内氧化法的设备和工艺控制要求极其严格，同时由于滞留在内部的氧化剂难以完全消除，容易造成裂纹、空洞、夹杂等组织缺陷而对材料的性能产生一定的影响。机械合金化方法则存在第二相（强化相）粒度不够细、粒径分布宽、杂质易混入等缺点，并且由于工艺和设备的限制，未能实现大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能获得具有弥散相粒子细小、大小均匀和分布状态最佳的工艺简单、过程可控、成本低廉、高强高导的纳米氧化物弥散强化铜的工业化制备方法，解决现有方法成本高、不易控制、生产周期长等缺点，实现高强高导弥散强化铜低成本、高效率、环境友好型的大规模生产。

电子印制线路板（Printed Circuit Board, 简称为PCB）行业采用线路板覆铜箔蚀刻工艺来制作印制电路，由此产生数量庞大的含铜量高的蚀刻废液（一般废液含铜量为120 ~ 180 g/L）。蚀刻废液包括两种：（1）酸性氯化铜蚀刻废液，主要含有氯化铜和盐酸；（2）碱性氯化铜蚀刻废液，主要含有氯化铜氨络合物和氯化铵。因此，采用此类丰富低廉的含铜蚀刻废液为原料制备氧化物弥散强化铜，解决了原料成本高的问题。

本发明所采用的技术方案是：采用线路板制造企业产生的含铜蚀刻废液作为原料，向蚀刻废液中添加弥散相对应的可溶性盐类，通过化学中和沉淀工艺，获得Cu(OH)₂/X(OH)_n复合粉末。Cu(OH)₂/X(OH)_n复合粉末经煅烧、选择性还原工艺，形成纳米氧化物弥散强化铜粉末，再进行致密化工艺。弥散分布在基体中纳米氧化物粒子可以阻碍晶粒长大，容易获得稳定的晶粒尺寸，因此在冷压烧结时可以采用较高的烧结温度获得高致密度。

一种制备高强高导弥散强化铜的方法，包括以下工艺步骤：

1、Cu(OH)₂/X(OH)_n复合粉末的制备

（1）以酸性氯化铜蚀刻废液为原料：向酸性蚀刻废液中加入弥散相对应的可溶性盐类混合溶解，再与氢氧化钠溶液同时流加进入共沉淀反应釜，控制溶液pH值使之产生Cu(OH)₂/X(OH)_n沉淀，沉淀物质过滤、洗涤、干燥后即得Cu(OH)₂/X(OH)_n复合粉末。