[发明专利]一种泡沫铜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种泡沫铜的制备方法，属于粉末冶金制备金属多孔材料的技术领域。

背景技术

泡沫铜是一种以铜基体的具有多孔结构的功能材料。其具有优良的电及热传导性能，材料内部具有大量的三维立体孔状结构，同时兼具金属铜自身的耐碱腐蚀性、较好的抗拉强度及延展性，并有较好的电磁屏蔽及消声减震作用。可广泛应用于CPU及显卡、LED等电子元器件的导热及散热材料、阻燃材料、相变储能材料、缓冲减震结构材料、锂离子或燃料电池电极材料、消音材料、电磁屏蔽材料、建筑装饰材料、过滤净化材料、含油轴承材料、以及催化剂载体等。多孔铜材料的制备方法主要有电沉积法、粉末冶金法、固-气共晶定向凝固法，以及渗流铸造法等。其中电沉积法、渗流铸造法以及固-气共晶定向凝固法等都存在工艺复杂，工艺参数多且难以控制，制备成本较高等缺点。而粉末冶金法却有着工艺简单、成本低、孔径与孔隙率可控、力学性能好等诸多优点。目前国内外采用粉末冶金法制备泡沫铜的专利不多，对造孔剂的选择也不一样，主要选用的造孔剂有尿素、氯化钠、碳酸钾，但是采用氯化钙作为造孔剂的报道尚未见到。

与其他已公开专利相比，本发明有许多优点。首先，无水氯化钙安全无毒，价格便宜且采购容易，全国大部分地区都有生产，这将大大降低泡沫铜制备成本。本发明采用球形颗粒无水氯化钙作为造孔剂既可以使铜粉分布得非常均匀，从而提高孔隙率，同时还具有良好的孔形状可控性，保证泡沫铜力学性能良好，与专利CN200910069792.7中所提出的造孔剂氯化钠相比，由于目前市面上的氯化钠大多是不规则形状，因此制备出的孔也是不规则形状，使泡沫铜的力学性能存在缺陷，另外，氯化钙与氯化钠相比具有更好的水溶性，更容易去除。而与专利CN201310158846.3中提出的以尿素为造孔剂相比，由于氯化钙的熔化温度较高，在它未熔化之前都能起到很好的支撑作用，而尿素在低温就分解，并且产生含氧气体，在不能保证孔形状的同时，还会造成铜的氧化，因此制备出的泡沫铜还需要在还原性气氛中还原处理，而氯化钙高温时候仅仅是熔化，不会分解产生污染气体，更不会造成铜的氧化，因此氯化钙与尿素相比具有明显优势。与专利CN201210095571.9中提到的碳酸钾作为造孔剂相比，由于国内生产的碳酸钾都是粉末状的，不能制备出球形孔，同时碳酸钾高温分解产生的气体会造成大气污染。综上所述，采用氯化钙制备泡沫铜在成本方面大大降低，同时还不会造成环境污染，非常有利于工业化生产。

发明内容

本发明就是为了解决上述工艺中所存在的问题而提出的一种泡沫铜的制备方法，该方法工艺简单，成本低廉，对环境无污染，且用该方法制备出的泡沫铜具有孔径和孔隙率可控、孔形状好、强度较高等诸多优点。

本发明是通过以下技术方案来实现：将造孔剂与金属粉末加粘结剂按比例混合，压实成坯后干燥去除粘结剂，在保护性气氛炉中烧结，用高温熔化流出或用水溶解的办法去除造孔剂后，将样品离心去水并干燥即得到泡沫铜材料。具体步骤包括如下：

（1）将铜粉与造孔剂无水氯化钙球形颗粒按照体积比10～60：40～90配料，然后加入水作为粘接剂进行混料，再将混合料压制成坯料并干燥；

（2）将干燥后的坯料置于氩气或氮气气氛下以5～10℃/min的升温速率升至800～1000℃烧结1～3h，随炉冷却；

（3）将烧结好的坯料在流动水中浸泡30～60min，离心去除其中的水分后干燥即制的泡沫铜。

所述铜粉为粒径40～150μm的不规则形状铜粉，纯度大于99.6%。

所述铜粉与造孔剂无水氯化钙球形颗粒的体积比是按照最终需要制得的泡沫铜的孔隙率来确定的，孔隙率越大，造孔剂的与铜粉的比例越高，上述比例制得的泡沫铜的孔隙率为75～95%，如图3所示。如图1所示，表示的是在同种孔径不同孔隙率状况下的应力应变曲线，图中曲线很好的解释了泡沫铜的变形机理，开始的时候是以孔壁的压缩变形为主的弹性变形区；接着是一个长长的坍塌平台区，应力缓慢增加；继续加载时则达到密实化区，由于密实区坍塌的孔变为面与面接触，应力迅速增大，平滑的应力应变曲线还说明泡沫铜的内部结构非常均匀。

所述无水氯化钙球形颗粒的粒径范围为0.5～3.3mm，粒径的选择是根据孔径要求确定的，粒径越大，孔径越大，上述粒径范围制得的泡沫铜的孔径为0.5～3.3mm。图2为所制备的相同孔隙率不同孔径的泡沫铜的应力应变曲线，曲线说明在相同孔隙率的情况下，泡沫铜的压缩强度随着孔径的减小而稍微增大。

所述水的加入量是铜粉与造孔剂总量的2～5wt%。