一種多孔銅或多孔銅合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)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(shù)】
[0002]多孔材料具有的低密度、高比面積、低熱導(dǎo)率、高比強(qiáng)度、良好的吸能等特點(diǎn)使其在分離、傳感器、催化、減振緩沖、隔熱、消聲、過(guò)濾等方面得到廣泛應(yīng)用，在航空、航天、化工、建材、冶金、原子能、石化、機(jī)械、醫(yī)藥和環(huán)保等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]從20世紀(jì)初期人類(lèi)開(kāi)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(jié)型、纖維燒結(jié)型、復(fù)合型、沉積型、腐蝕型等。模板法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的合成多孔材料的一種重要方法，利用膠質(zhì)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(guò)一定的物理或化學(xué)方法除去模板材料，從而得到模板材料的反向復(fù)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(jié)構(gòu)與性能。但是模板法或粉末燒結(jié)法的工藝均相對(duì)復(fù)雜。
[0004]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(xué)活潑性差異，通過(guò)化學(xué)或者電化學(xué)方法選擇性地除去較為活潑的一個(gè)或多個(gè)組分，剩余組分通過(guò)原子擴(kuò)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(guò)選擇性腐蝕，己經(jīng)制備出了納米多孔鉬、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(jìn)行，難以制備大塊材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種制備具有三維通孔結(jié)構(gòu)的多孔純銅或銅合金的制備工藝。
[0006]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。
[0007]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(duì)較高的蒸汽壓(至少在同一溫度下高三個(gè)數(shù)量級(jí))，在真空環(huán)境中逐漸揮發(fā)(真空度建議控制在1Pa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(shí)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。
[0008]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(diǎn)，在低于合金熔點(diǎn)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(qiáng)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°C -700°C，持續(xù)真空度小于10Pa，處理時(shí)間隨著樣品尺寸增大而增加。
[0009]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。
[0010]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(yīng)用于電池集電體、分離、過(guò)濾、催化、消音、吸震、屏蔽、熱交換等領(lǐng)域。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0012](I)、真空熱處理工藝成熟，可以進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)，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。
[0013](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(jié)構(gòu)，其孔隙率根據(jù)合金比例可調(diào)。
[0014](3)、本發(fā)明制備的多孔銅合金，可以應(yīng)用于電池集電體、分離、過(guò)濾、催化、消音、
吸震、屏蔽、熱交換等領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1實(shí)施例4獲得的三維多孔銅合金圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不因此而限制本發(fā)明。
[0017]如無(wú)特殊說(shuō)明，本實(shí)施例中所有百分?jǐn)?shù)均表示原子百分比。
[0018]實(shí)施例1
[0019]采用市售62黃銅，制備成20 X 20 X Imm小片，懸掛在實(shí)驗(yàn)室小型真空熱處理爐內(nèi)，在600°C保溫持續(xù)高真空3小時(shí)，持續(xù)高真空，真空度保持在1Pa以?xún)?nèi)，獲得三維多孔純銅，孔徑為2-10微米，孔隙率為30%左右。
[0020]實(shí)施例2
[0021]采用自制50%鎘銅合金，制備10X10X0.5mm小片，懸掛在實(shí)驗(yàn)室小型真空熱處理爐內(nèi)，在400°C保溫持續(xù)高真空2小時(shí)，持續(xù)高真空，真空度保持在1Pa以?xún)?nèi)，獲得三維多孔純銅，孔徑為2-5微米，孔隙率為40%左右。
[0022]實(shí)施例3
[0023]采用自制的加3%硅元素的50黃銅，線切割成20 X 20 X 0.5mm厚薄片，砂紙磨光到0.3_厚，懸掛在實(shí)驗(yàn)室小型真空熱處理爐內(nèi)，在600°C保溫I小時(shí)，持續(xù)高真空，真空度保持在1Pa以?xún)?nèi)，獲得三維多孔硅銅合金，孔徑為2-10微米，孔隙率為40%左右。
[0024]實(shí)施例4
[0025]采用自制的40黃銅(含鋅60% )，線切割成1X 15X Imm厚薄片，砂紙磨光到0.8mm厚，懸掛在實(shí)驗(yàn)室小型真空熱處理爐內(nèi)，在500°C保溫I小時(shí)，持續(xù)高真空，真空度保持在6Pa以?xún)?nèi)，獲得三維多孔銅合金(圖1)。
[0026]上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一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。2.按照權(quán)利要求1所述多孔銅或多孔銅合金的制備方法，其特征在于:所述銅合金為銅鋅合金或添加了其它強(qiáng)化元素的黃銅合金。3.按照權(quán)利要求2所述多孔銅或多孔銅合金的制備方法，其特征在于:所述銅合金為含鋅量為35-70%的黃銅。4.按照權(quán)利要求1所述多孔銅或多孔銅合金的制備方法，其特征在于:所述易揮發(fā)合金元素為鋅、鎘、鉍、硒、鎂、鍶、銻之一種或多種。5.按照權(quán)利要求1所述多孔銅或多孔銅合金的制備方法，其特征在于:原材料銅合金中易揮發(fā)合金元素的原子百分比控制在20% -80%之間。6.按照權(quán)利要求1?5任一所述多孔銅或多孔銅合金的制備方法，其特征在于:銅合金中易揮發(fā)合金元素在450°C -700°C真空條件下?lián)]發(fā)。7.一種按照權(quán)利要求1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。8.一種按照權(quán)利要求1所述方法制備的多孔銅或多孔銅合金在電池集電體、分離、過(guò)濾、催化、消音、吸震、屏蔽、熱交換領(lǐng)域的應(yīng)用。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種制備具有三維通孔結(jié)構(gòu)的多孔純銅或銅合金的制備工藝，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。該工藝方法簡(jiǎn)單，適合規(guī)?；a(chǎn)，所得產(chǎn)品孔隙率可調(diào)節(jié)，可廣泛應(yīng)用于電池集電體、分離、過(guò)濾、催化、消音、吸震、屏蔽、熱交換等領(lǐng)域。
【IPC分類(lèi)】C22C9/00, C22C1/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105018772
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410182936
【發(fā)明人】任伊賓, 肖克沈, 孫玉霞, 楊柯
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
【公開(kāi)日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2014年4月30日