專利名稱：超微米氧化銅粉體材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供的一種制備超微米氧化銅粉體材料的方法，屬于高性能功能材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化銅是一種具有多種催化活性的物質(zhì)。廣泛應(yīng)用于玻璃、陶瓷和搪瓷，燃料、觸媒、以及制造其他銅鹽；氧化銅還用于人造絲工業(yè)，油脂脫硫劑、油漆的防皺劑及電子行業(yè)等。氧化銅作為固體火箭推進(jìn)劑的燃速催化劑，不僅能提高燃速，降低壓強(qiáng)指數(shù)，而且對AP 復(fù)合推進(jìn)劑亦有較好的催化效果；用作傳感器的包覆膜，能夠大大提高傳感器對的選擇性和靈敏度，由于含銅氧化物在高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的異常特性，使其又成為重要的模型化合物，用于解釋復(fù)雜氧化物的光譜特征。此外，由于氧化銅對一氧化碳的完全氧化具有較高的催化活性，有望用作汽車尾氣的凈化材料。超細(xì)粉體具有界面效應(yīng)，尺寸效應(yīng)和體積效應(yīng)，因此具有比一般粉體更強(qiáng)的功能性。制備超細(xì)氧化銅粉體已成為廣大學(xué)者研究的一個熱點問題。目前，超細(xì)氧化銅粉體的的制備方法有室溫固相反應(yīng)法、低溫固相配位化學(xué)反應(yīng)法、聲化學(xué)法、醇熱法、改進(jìn)的溶膠-凝膠法、快速液相沉淀法等。這些方法具有自身優(yōu)點的同時也有不足之處。制備成本高，工藝流程復(fù)雜，污染嚴(yán)重成為制約上述方法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的根本原因。因此開發(fā)一種成本低廉，操作簡單，處理方便，反應(yīng)條件溫和，環(huán)境友好，易于工業(yè)化生產(chǎn)的超細(xì)氧化銅粉體材料具有重要意義。如果不在高溫或堿(酸)性液體條件下直接制備生成超細(xì)氧化銅粉體，將會節(jié)省大量的加工成本，并有利于環(huán)境的保護(hù)。機(jī)械合金化(Mechanical Alloying，簡稱ΜΑ)是一種制備合金粉末的高新技術(shù) W]，它是在高能球磨的作用下，利用金屬粉末混合物的反復(fù)變形、斷裂、焊合、原子間相互擴(kuò)散或發(fā)生固態(tài)反應(yīng)形成合金粉末。機(jī)械合金化作為新材料的制備技術(shù)之一，特別是其在細(xì)微、超細(xì)微粉體材料的研究方面占有重要的地位，已引起材料科學(xué)界的廣泛關(guān)注。本專利采用高能球磨法結(jié)合充氧法制備氧化銅粉末，既縮短制備工藝流程，降低加工成本，也避免了常規(guī)方法中酸性(堿性)物質(zhì)對環(huán)境的污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種制備超微米氧化銅粉體材料的方法——氧化球磨法，即通過球磨法結(jié)合充氧技術(shù)一次獲得氧化銅粉末。其原料可以是純銅線(或純銅塊)，也可以是純銅加工過程中產(chǎn)生的已部分發(fā)生氧化的氧化皮。這種方法不但不需要高溫或合成前驅(qū)體，而且制備過程中工藝流程短，酸性(堿性)藥劑用量少，對環(huán)境友好。制備的氧化銅粉體材料純度高(彡99% )，粒度小(平均粒度< Iym)，部分粉末粒度可以達(dá)到納米級。本發(fā)明為達(dá)到上述目的，采用的方案是1)如采用純銅線(或純銅塊)為原料時，將純銅線(或純銅塊)切割成為小體積塊 10mm3)，并保證切割過程中無雜質(zhì)混入；如采用氧化皮為原料時，氧化皮需加熱干燥，干
燥溫度100 200°C，保溫時間1 5h，除去吸附表面的蒸氣。
2)將準(zhǔn)備好的小純銅體積塊或氧化皮放入球磨機(jī)的球磨罐中進(jìn)行球磨，球料比 10 1 100 1，公轉(zhuǎn)速度100 450r/min，自轉(zhuǎn)速度100 750r/min，球磨時間1 10h。3)在球磨過程中對球磨罐進(jìn)行充氧，制備過程中充氧次數(shù)1 10次。在球磨罐中銅與氧反應(yīng)過程用化學(xué)方程式表示如下2Cu+02 = 2Cu0(1)Cu+Cu2+ = 2Cu+ (2)2Cu20+02 = 4CuO (3)本發(fā)明中所述的原料可以是純銅線(或純銅塊)，也可以是純銅加工過程中產(chǎn)生的已部分發(fā)生氧化的氧化皮。純銅線(或純銅塊)中銅的含量>99%。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果，體現(xiàn)在1)與傳統(tǒng)制備超細(xì)氧化銅粉體材料的工藝相比，避免了高溫和大量使用化學(xué)藥劑，如酸，堿，鹽等，對環(huán)境不造成污染。2)在球磨過程中，球磨罐升高的溫度可以實現(xiàn)銅與氧的化學(xué)合成。當(dāng)在氧氣充分的情況下，能夠形成氧化銅。銅的氧化與氧化銅粉末的生成同時完成大大縮短工藝流程。3)該方法制備的氧化銅粉體，具有較高的純度(>99%)，較小的粒度(平均粒度 < 1 μ m)，且部分粉末粒度已達(dá)到納米極(1 IOOnm)。


圖1為本發(fā)明實施例一所得氧化銅粉末的形貌(X3000)。圖2為本發(fā)明實施例一所得氧化銅粉末的X射線衍射譜。圖3為本發(fā)明實施例二所得氧化銅粉末的形貌(X3000)。圖4為本發(fā)明實施例二所得氧化銅粉末的X射線衍射譜。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的超微米氧化銅粉末制備方法進(jìn)一步詳細(xì)說明。實施例一1)將Φ 2mm的純銅導(dǎo)線，用鉗子截成長度為2_3mm小體積塊，重量為20g。2)將準(zhǔn)備的小純銅體積塊放入行星式球磨機(jī)(QM-ISP4)的球磨罐里進(jìn)行球磨，球料比50 1，公轉(zhuǎn)速度200r/min，自轉(zhuǎn)速度300r/min，球磨時間5h。3)在球磨過程中對球磨罐進(jìn)行充氧，整個制備過程中充氧次數(shù)4次。將本實施例中所得產(chǎn)物，進(jìn)行表面噴碳處理后，在掃描電子顯微鏡下對產(chǎn)品的形貌進(jìn)行表征，從圖1可以看出，所得產(chǎn)物的平均粒度小于1 μ m，部分已達(dá)到納米級。圖2為本實施例獲得產(chǎn)品的 X射線衍射譜，從圖中可以看出，產(chǎn)品中無雜質(zhì)，為純凈的氧化銅(與05-0661JCPDS卡片一致)。在2 θ =35. 512°，61. 612°處有明顯的單斜CuO的特征衍射峰，其中在2 θ = 35. 512°， d = 2. 5257nm處的衍射峰為最強(qiáng)峰，表明CuO粉體已結(jié)晶完全，且成分單一。實施例二1)將部分發(fā)生氧化的氧化皮在溫度為180°C條件下進(jìn)行干燥處理，保溫時間lh， 干燥后取重量50g。
2)將準(zhǔn)備好的氧化皮放入行星式球磨機(jī)(QM-ISP4)的球磨罐里進(jìn)行球磨，球料比20 1，公轉(zhuǎn)速度:300r/min,自轉(zhuǎn)速度400r/min，球磨時間4h。3)在球磨過程中對球磨罐進(jìn)行充氧，整個制備過程中充氧次數(shù)2次。將本實施例中所得產(chǎn)物，進(jìn)行表面噴碳處理后，在掃描電子顯微鏡下對產(chǎn)品的形貌進(jìn)行表征，從圖3可以看出，所得產(chǎn)物的平均粒度小于1 μ m，部分已達(dá)到納米級。圖4為本實施例獲得產(chǎn)品的X射線衍射譜，從圖中可以看出，產(chǎn)品中無雜質(zhì)，為純凈的氧化銅(與 05-066IJCPDS 卡片一致)。
權(quán)利要求
1.一種超微米氧化銅粉體材料的制備方法，其特征在于1)如采用純銅線(或純銅塊)為原料時，將純銅塊(或線)切割成為小體積塊，并保證切割過程中無雜質(zhì)混入；如采用氧化皮為原料時，氧化皮需加熱干燥，除去吸附表面的蒸氣；2)將準(zhǔn)備的小純銅塊或氧化皮放入球磨機(jī)的球磨罐中進(jìn)行球磨；3)在球磨過程中對球磨罐進(jìn)行充氧；在球磨罐中銅與氧反應(yīng)過程用化學(xué)方程式表示如下。2Cu+02 = 2Cu0(1)Cu+Cu2+ = 2Cu+ (2) 2Cu20+02 = 4CuO (3)
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于原料可以是純銅線(或純銅塊)，也可以是純銅加工過程中產(chǎn)生的已部分發(fā)生氧化的氧化皮；純銅線(或純銅塊)中銅的含量彡 99%。
全文摘要
一種制備超微米氧化銅粉體材料的方法，屬于高性能功能材料領(lǐng)域。其原料可以是純銅線(或純銅塊)，也可以是純銅加工過程中產(chǎn)生的已部分發(fā)生氧化的氧化皮。如采用純銅線(或純銅塊)為原料時，將純銅線(或純銅塊)切割成為小體積塊，并保證切割過程中無雜質(zhì)混入；如采用氧化皮為原料時，氧化皮需加熱干燥，除去吸附表面的蒸氣。之后放入球磨罐中進(jìn)行氧化球磨，獲得超微米氧化銅粉體材料。本發(fā)明的優(yōu)點制備過程中不但不需要高溫或合成前驅(qū)體，而且制備過程中工藝流程短，氧化與制粉一次完成，酸性(堿性)藥劑用量少，對環(huán)境友好。制備的氧化銅粉體材料純度高(≥99％)，粒度小(平均粒度≤1μm)。
文檔編號C01G3/02GK102275974SQ20111012266
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者劉彬彬 申請人:劉彬彬