[发明专利]一种多孔铜或多孔铜合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，特别提供一种新型多孔铜或多孔铜合金的制备方法。

背景技术

多孔材料具有的低密度、高比面积、低热导率、高比强度、良好的吸能等特点使其在分离、传感器、催化、减振缓冲、隔热、消声、过滤等方面得到广泛应用，在航空、航天、化工、建材、冶金、原子能、石化、机械、医药和环保等诸多领域具有广泛的应用前景。

从20世纪初期人类开始用粉末冶金方法制备多孔金属材料起，多孔金属的制造史已有近百年，其传统的制备方法不断地发展，新的工艺方法不断出现，主要有：粉末烧结型、纤维烧结型、复合型、沉积型、腐蚀型等。模板法是近年来发展起来的合成多孔材料的一种重要方法，利用胶质晶体作为模板，将需要制成多孔材料的原料填充于模板材料的孔隙中，再通过一定的物理或化学方法除去模板材料，从而得到模板材料的反向复制品，即多孔材料。模板的选择是这种方法最重要的步骤，决定着多孔材料的结构与性能。但是模板法或粉末烧结法的工艺均相对复杂。

脱合金法也是一种制备纳米多孔材料的方法，利用合金中不同元素之间的化学活泼性差异，通过化学或者电化学方法选择性地除去较为活泼的一个或多个组分，剩余组分通过原子扩散、聚集等方式自发形成三维双连续的多孔金属材料。目前通过选择性腐蚀，己经制备出了纳米多孔铂、纳米多孔钯、纳米多孔钛、以及纳米多孔铜等。但是此方法属于脱合金腐蚀，用于制备多孔金属材料一般都是在金属材料表层进行，难以制备大块材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备具有三维通孔结构的多孔纯铜或铜合金的制备工艺。

本发明具体提供了一种多孔铜或多孔铜合金的制备方法，其特征在于：在真空环境中，使铜合金中易挥发的合金元素逐渐挥发，最终形成多孔铜或多孔铜合金。其中原材料铜合金中至少有一种易挥发合金元素，要求易挥发合金元素的蒸汽压比铜合金中基体元素的蒸汽压高，且能够与基体合金元素形成均匀的合金或固溶体。

本发明的基本原理是利用铜合金中易挥发合金元素在特定的温度区间相对较高的蒸汽压(至少在同一温度下高三个数量级)，在真空环境中逐渐挥发(真空度建议控制在10Pa以下)，最终形成多孔纯铜或铜合金。根据以上原理，所述易挥发合金元素为锌、镉、铋、硒、镁、锶、锑等具有较高蒸汽压的元素。同时铜合金中易挥发元素的含量需要控制在原子百分比20％-80％之间，以形成不同的孔隙率。

本发明所述多孔铜或多孔铜合金的制备方法，其特征在于：可以使用市售铜合金或采用熔炼或粉末冶金方法制备的铜合金，铜合金表面抛光去氧化皮，根据不同铜合金的熔点，在低于合金熔点温度下持续高真空处理，将其中具有较高蒸汽压的锌、镉等合金元素脱出，获得三维多孔纯铜或铜合金。其中铜合金优选为铜锌合金或添加了其它强化元素的黄铜合金，最优选为锌含量为35-70％的黄铜；处理温度优选为450℃-700℃，持续真空度小于10Pa，处理时间随着样品尺寸增大而增加。

也可以采用本发明处理工艺将粒度大于10微米以上的铜合金粉末制备成多孔铜合金粉末或球体。

采用本发明所述方法制备的多孔铜或多孔铜合金，其特征在于：所述多孔铜或多孔铜合金的孔径分布为0.1-100微米，可以应用于电池集电体、分离、过滤、催化、消音、吸震、屏蔽、热交换等领域。

本发明的优点在于：

(1)、真空热处理工艺成熟，可以进行规模化生产，不仅可以制备大尺寸块体，而且特别适宜制备超薄多孔铜箔和多孔铜粉或铜球。

(2)、采用本发明工艺制备的三维多孔纯铜或铜合金具有通孔结构，其孔隙率根据合金比例可调。

(3)、本发明制备的多孔铜合金，可以应用于电池集电体、分离、过滤、催化、消音、吸震、屏蔽、热交换等领域。

附图说明

图1实施例4获得的三维多孔铜合金图片。

具体实施方式

以下实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。

如无特殊说明，本实施例中所有百分数均表示原子百分比。

实施例1

采用市售62黄铜，制备成20×20×1mm小片，悬挂在实验室小型真空热处理炉内，在600℃保温持续高真空3小时，持续高真空，真空度保持在10Pa以内，获得三维多孔纯铜，孔径为2-10微米，孔隙率为30％左右。

实施例2