[发明专利]泡沫铜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种泡沫铜及其制备方法和应用，涉及泡沫铜制备技术领域，上述泡沫铜的制备方法首先以聚氨酯泡沫为基体依次进行预处理、化学沉积、电沉积将金属铜沉积于聚氨酯泡沫上；随后进行热还原处理去除聚氨酯泡沫，得到泡沫铜；其中，所述热还原处理的热还原气体为氢气占体积含量10％的H₂/Ar₂混合气体，因而本发明热还原过程中氢气的使用量较低，进而有效降低了泡沫铜制备的成本和能源消耗，同时上述制备方法还具有制备工艺简单，易于操作的优势。此外，本发明制得的泡沫铜为一个整体形状，相对于现有常规的粉末状泡沫铜，具有更利于后期应用的优势。

技术领域

本发明涉及泡沫铜制备技术领域，尤其是涉及一种泡沫铜及其制备方法和应用。

背景技术

泡沫铜是一种在铜金属基体中均匀分布着大量连通孔洞的轻质新型多功能材料，其具有密度小、孔隙率高、比表面积大等特点。随着现代电子和光学等技术的进步，以及航空航天飞行任务要求的提高，迫切需要一系列具有超高热流密度、短时和间歇工作的大功率组件，由于泡沫铜的制备成本比泡沫镍低，导电性能更好，现在被广泛用于替代泡沫镍以制备电池负极材料、相变储能装置填充材料、电磁蔽材料和催化剂载体。

现有的泡沫铜的制备方法大致分为定向凝固法、渗流铸造法、粉末冶金法、去合金化法和电沉积法等几种。但现有这些方法也都存在一定的问题，具体如下：1、定向凝固法：利用气体在金属液相和固相两相中存在溶解度差，在凝固时，过饱和的气体从固一液界面前沿析出，通过控制工艺参数，使得气泡生长速度与金属凝固速度相匹配，从而得到定向生长的规则气孔结构的多孔金属。此方法目前面临的困难是制备出气孔的均匀分布和尺寸大小。2、渗流铸造法：首先将颗粒堆积于铸模内，或将多孔预制块放人铸模内，然后将金属熔体渗人到这些堆积体或多孔预制体中的孔隙中去，待金属熔体凝固后，除去这些空间占据材料后就可得到多孔结构的金属材料。该法也存在不足。主要表现在受渗流压力及温度等工艺条件的影响，所制备产品往往出现渗流不足或过度。渗流时流体分布不均匀造成孔隙率不均匀等。3、粉末冶金：在纯度为99.9％的Cu粉中加入质量分数为2％的Al₂O₃，纳米颗粒和质量分数为l5％～50％的发泡剂K₂CO，随后在行星球磨机中将混合粉末混合4h；将混合均匀的粉末进行压制，获得成前驱体，压制时所用的压力是250MPa：最后在无氧环境中对前驱体进行烧结发泡处理。烧结温度和发泡温度为分别850℃、1000℃，K₂C0₃，分解产生的气体使得前驱体泡沫化，即可得到泡沫铜。此方法对工艺要求的时间长，设备要求较高。4、去合金化：又被称为选择性腐蚀，是利用合金组元间的电极电位差或合金中的电化学性质，将活泼的元素在电解质的作用下选择性溶解进入电解液而留下较稳定元素的腐蚀过程。该方法可用于纳米多孔铜的制备，存在污染严重和回收困难等问题。

电沉积法也是现有应用较多的一种泡沫铜制备方法，其制备泡沫铜的原理是在网状结构的有机基体上，通过化学镀获得一层薄的金属膜而使基体具有导电性，然后再通过电镀的方法在其表面上镀一层金属。最后，通过焙烧除去有机基体从而获得具有空间网状结构的泡沫金属。

然而，目前电沉积法制备泡沫铜也存在对环境污染大、成本高、生产时间长，对氢的需求量大等缺点。

因此，有鉴于现有泡沫铜制备方法的缺陷，研究开发出一种氢气使用量低、生产时间短，对环境友好的泡沫铜制备工艺，变得十分必要和迫切。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种泡沫铜的制备方法，所述制备方法中热还原处理的热还原气体为氢气含量较低的H₂/Ar₂混合气体，因此，本方法热还原过程中氢气的使用量较低，进而有效降低了泡沫铜制备的成本和能源消耗，同时上述制备方法还具有制备工艺简单，易于操作的优势。

本发明的第二目的在于提供一种泡沫铜，所述泡沫铜由上述泡沫铜的制备方法制备得到。