[发明专利]一种通孔泡沫铜的制备方法

说明书

技术领域：本发明涉及一种利用不同金属的熔点差，采用较低熔点的铝金属球烧结体为前驱体、较高熔点的铜或铜合金为渗流体，采用渗流方法实现通孔泡沫铜的制备方法。属于多孔泡沫金属材料领域。

背景技术：通孔泡沫铜具有高比表面、吸音、隔热、渗透、过滤、能量吸收等特性，在催化、化工、能源、热能、环保、噪音控制、缓冲减震等领域都有巨大的市场潜力。

目前，公知的通孔泡沫铜的制备方法主要是渗流铸造法和电沉积烧结法，这两种制备方法都存在工艺复杂、成本高的不足，而且都采用了泡沫塑料(如聚氨酯)、或NaCl为前躯体，在成孔过程中(或后)通过加热将泡沫塑料燃烧去除(或将NaCl用水溶除)，易造成环境污染。

发明内容：本发明针对目前通孔泡沫铜制备技术存在的不足，发明一种利用不同金属的熔点差，采用较低熔点的铝金属球烧结体为前驱体、较高熔点的铜或铜合金为渗流体，采用渗流方法制备通孔泡沫铜的方法，该方法具有工艺简单、低成本、孔结构可控、材料可循环利用、不污染环境的特点，可实现工业化生产。

本发明通孔泡沫铜的制备方法技术方案：将不同大小的前驱体金属铝球按孔结构需要进行选料混配，在放置到混料机内混合均匀，之后进行酸处理并压制，再放到烧结炉中，在氩气保护下进行烧结，获得具有一定强度的烧结体，即渗流前驱体，将烧结的渗流前驱体预热到一定温度，把铜或铜合金加热熔化后，通过压力渗流的方法快速渗入到具有一定预热温度的渗流前驱体中，冷却得到铜或铜合金与前驱体金属铝球的复合体，将此复合体再加热到高于铝的熔点、低于铜或铜合金熔点的温度，使前驱体金属铝从复合体中熔除，熔除的铝可回收循环使用，剩余的高熔点金属骨架冷却后，即是通孔泡沫铜或通孔泡沫铜合金。

制备工艺和方法是：

(1)前驱体选料：前驱体金属球采用纯铝制作，前驱体金属铝大球直径1～5mm，前驱体金属铝小球直径0.1～0.5mm，采用大球、小球各一种，大小球的体积比根据需要的孔隙率、孔径确定，大小金属铝球按体积比：3～11∶1进行混料；

(2)前驱体混料：将混合好的金属铝球放到混料机中混合，混料机转速在50～300rpm范围，混合时间为10～70min.，金属铝球混料充分后获得理想密堆结构；

(3)酸处理：将金属铝球混合料用酸浓度0.5～10vol.％的氢氟酸或盐酸水溶液浸泡10～100min.；

(4)压制：将经酸处理过金属铝球混合料在压力机上用5MPa～50MPa的压力压制；

(5)烧结：压制后的金属铝球混合料放到烧结炉中，控制烧结温度为300℃～620℃，在氩气保护气体保护下烧结10～100min.，获得具有一定强度的烧结渗流前驱体；

(6)前驱体预热：将前驱体加热到300℃～620℃预热，预热时间5～100min.；

(7)基体金属熔化：基体金属选用铜或铜合金，熔化温度高于基体金属熔点温度50℃～300℃，保温时间：20～100min.；

(8)压力渗流：控制基体金属温度低于上述基体金属熔化温度10℃～15℃、渗流压力为5MPa～50MPa，以1～10mm/s的渗流速度将基体金属压入预热的前驱体中，渗流后得到的复合体用水用冷却；

(9)前驱体熔除：将复合体放加热到750℃～900℃，保温10～100min.，让前驱体铝从复合体中熔除，熔除的铝回收再利用，剩余的高熔点金属骨架冷却后，即获得通孔泡沫铜或通孔泡沫铜合金。

上述工艺选料时采用大球、小球金属铝球各一种，大小球的体积比应依据需要的孔隙率、孔径确定，金属铝球混料充分后获得理想的密堆结构，此结构渗流复模后即为泡沫铜的结构。

金属铝球混合料经酸处理，让其表面氧化膜软化，压制、烧结时易形成金属间的结合，保证烧结质量。

将压力渗流后获得的复合体加热到铝的熔点以上、铜或铜合金的熔点以下的温度范围内，并保温一定时间，熔除前驱体金属铝，熔除后的铝回收循环利用。

复合体冷却最好采用水冷，先驱体熔除后的冷却最好采用空冷。

工作原理：前驱体选用较低熔点的金属铝球，基体金属选用较高熔点的铜或铜合金。利用前驱体金属和基体金属熔点的不同，采用较低熔点的铝球烧结体为前驱体，较高熔点的铜或铜合金为渗流体，通过一次渗流复模的方法，制备通孔泡沫铜。

先把不同大小的前驱体金属铝球，按孔结构要求进行配料，采用大球、小球各一种，大小球的体积比根据需要的孔隙率、孔径确定，让金属铝球在混料机中混合充分均匀后，获得理想的密堆结构，该理想密堆结构在渗流复模后，即呈为泡沫铜的结构。