CN102443715A - 泡沫铜型材的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种泡沫铜型材的制备工艺。本发明工艺在密封良好且耐高压的炉体内，对炉体抽真空，用熔炼坩埚熔化铜，通入氢气，使铜熔液中溶解大量氢气，然后把铜熔液浇入连铸坩埚，连铸坩埚内的铜熔液通过连铸结晶器后凝固成与结晶器过流口形状一致的型材，由于氢气在液态铜中的溶解度远大于固态铜中溶解度，因此铜凝固过程中氢气以气泡形式析出，获得的铜型材内部具有大量氢气泡，构成了泡沫铜型材。使用本发明工艺制备泡沫铜型材具有气孔分布均匀、型材的形状不限、长度长、生产效率高等特点，可广泛应用于军事工业、航天工业、汽车工业、建筑业等。
Description
技术领域
本发明属于材料加工领域的泡沫材料制备工艺，特别涉及一种泡沫铜型材的制备工艺。
背景技术
泡沫铜是一种具有渗透性好、孔径和孔隙可控、形状稳定、耐高温、抗热震、能再生、可加工、表观密度低、透过性高、应力集中小、比力学性能高等等特殊性能。作为减震器、缓冲器、吸能器、过滤器、液体透过器、催化剂载体、多孔金属电极的重要构件，可广泛应用于汽车工业、建筑业、化工、电化学工业、航天工业、军事工业等行业。传统泡沫铜的制备方法包括粉末烧结、纤维烧结、铸造法、沉积法，这些方法制备的产品尺寸小、孔隙均匀性差、生产效率低、成本高，而且无法生产较长长度的各种形状的型材，因而严重地制约了泡沫铜的生产和应用。若能研发一种圆形、方型、工字型、扁形等各种形状泡沫铜型材的高效率制备工艺，将极大的推进泡沫铜的产业化应用，具有重要的经济和社会效益。
根据发明人所进行的资料检索，相关专利引述如下：
1.CN101186982A发明了一种通孔泡沫铜的制备方法，该方法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。
2.CN101781724A发明了一种采用配合物制备超细泡沫铜的方法，该方法通过腐蚀液对铜进行普通化学腐蚀获得超细泡沫铜。
3.CN101608271A发明了一种通孔泡沫铜的制备方法，该方法是以电解铜粉和NaCl颗粒为原材料，采用烧结-脱溶技术制备通孔泡沫铜。
4.CN1552950A发明了一种常快速生产泡沫铜工艺，该工艺采用聚氨酯泡沫棉作为基体，通过表面处理及化学处理后，直接实施化学镀铜，再经过电镀铜加厚形成半成品，再经过去除泡沫棉、氢还原热处理后得到多孔泡沫铜材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种孔隙均匀性好、生产效率高、长度和形状几乎不受限制的泡沫铜型材制备工艺，以克服传统生产工艺存在的诸多缺限。
本发明的基本原理如下：
由于氢在液态铜中的溶解度是5.1mg/100g，而在固态铜中溶解度仅为1.9mg/100g，两者相差2.68倍，因此在铜熔液中溶解的大量氢将在凝固过程中以气泡形式析出，在连铸时，随着牵引杆的抽拉，铜熔液流经结晶器时不断凝固，同时也在内部析出大量氢气泡，构成泡沫铜，凝固的泡沫铜持续地被牵引杆拉走，后续的泡沫铜在流出现结晶器时持续形成，从而制备出长度很长，截面形状与结晶器过流口相同的泡沫铜型材。
本发明泡沫铜型材的制备工艺，在氢气气氛中通过连铸的方法获得内部具有大量氢气孔的泡沫铜型材，其特征在于包括以下步骤：
（1）把纯度>99%的铜料放入高压炉内的熔炼坩埚，锁紧高压炉；
（2）对高压炉抽真空，使炉内压力<1.0Pa；
（3）加热熔炼坩埚熔化铜料；
（4）向高压炉充入氢气；
（5）保温使氢气在高温下溶解到铜熔液中；
（6）把铜熔液倒入高压炉内的电阻加热的连铸坩埚内；
（7）持续抽拉牵引杆，使铜熔液流经结晶器，即拉制出与结晶器过流口形状
一致的泡沫铜型材。
所说的步骤（4）充入氢气达到压力0.2～2MPa。
所说的步骤（5）铜熔液保温温度为1350～1550℃，保温时间为10～60min。
所说的步骤（6）连铸坩埚加热温度为1200～1400℃。
所说的步骤（7）牵引杆的抽拉速率为10～50mm/min。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1. 该工艺利用氢在液态铜和固态铜中的溶解度显著差异，用连铸的方法来制备泡沫铜，气孔分布均匀，生产效率很高，工艺可控性强，操作简单。
2. 该工艺只要改变结晶器过流口的形状，即可以直接做成各种截面形状的泡沫铜型材。
附图说明
图1是泡沫铜型材制备工艺原理示意图。
图2是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步详细说明，但本发明不限于这些实例，保护范围以权利要求为准。
实施例1 制备直径30mm的泡沫铜棒材，具体步骤如下：
1.把纯度>99%的铜料放入高压炉（1）内的熔炼坩埚（2），锁紧高压炉（1）；
2.对高压炉（1）抽真空，使炉内压力<1.0Pa；
3.加热熔炼坩埚（2）熔化铜料；
4.向高压炉（1）充入氢气至高压炉（1）内压力0.2MPa；
5.1450℃下保温60min；
6.连铸坩埚（3）加热到1300℃，把铜熔液倒入连铸坩埚（3）内；
7.以30mm/min的速率持续抽拉牵引杆（4），使铜熔液流经结晶器（5）的直径为30mm的圆形过流口，即拉制出直径为30mm的圆形泡沫铜棒材。
实施例2 制备宽50mm、厚5mm的泡沫铜板材，具体步骤如下：
1.把纯度>99%的铜料放入高压炉（1）内的熔炼坩埚（2），锁紧高压炉（1）；
2.对高压炉（1）抽真空，使炉内压力<1.0Pa；
3.加热熔炼坩埚（2）熔化铜料；
4.向高压炉（1）充入氢气至高压炉（1）内压力2MPa；
5.1350℃下保温60min；
6.连铸坩埚（3）加热到1200℃，把铜熔液倒入连铸坩埚（3）内；
7.以10mm/min的速率持续抽拉牵引杆（4），使铜熔液流经结晶器（5）的开口尺寸为50X5mm的过流口，即拉制出截面为50mm、厚5mm的泡沫铜板材。
实施例3 制备宽50mm、厚5mm的泡沫铜板材，具体步骤如下：
1.把纯度>99%的铜料放入高压炉（1）内的熔炼坩埚（2），锁紧高压炉（1）；
2.对高压炉（1）抽真空，使炉内压力<1.0Pa；
3.加热熔炼坩埚（2）熔化铜料；
4.向高压炉（1）充入氢气至高压炉（1）内压力1.0MPa；
5.1400℃下保温60min；
6.连铸坩埚（3）加热到1300℃，把铜熔液倒入连铸坩埚（3）内；
7.以50mm/min的速率持续抽拉牵引杆（4），使铜熔液流经结晶器（5）的开口尺寸为50X5mm的过流口，即拉制出截面宽50mm、厚5mm的泡沫铜板材。
实施例 4 制备外径为25mm、内径20 mm泡沫铜管材，具体步骤如下：
和实施例3的情况基本上相同，只是本实施例制备的是泡沫铜管材，其结晶器（5）的过流口为内芯尺寸20mm的管型过流口，其制备条件和实施例3的情况相同。
Claims (5)
1.泡沫铜型材的制备工艺，在氢气气氛中通过连铸的方法获得内部具有大量氢气孔的泡沫铜型材，其特征在于包括以下步骤：
（1）把纯度>99%的铜料放入高压炉内的熔炼坩埚，锁紧高压炉；
（2）对高压炉抽真空，使炉内压力<1.0Pa；
（3）加热熔炼坩埚熔化铜料；
（4）向高压炉充入氢气；
（5）保温使氢气在高温下溶解到铜熔液中；
（6）把铜熔液倒入高压炉内的电阻加热的连铸坩埚内；
（7）持续抽拉牵引杆，使铜熔液流经结晶器，即拉制出与结晶器过流口形状
一致的泡沫铜型材。
2.根据权利要求1的制备工艺，其特征在于：所说的步骤（4）充入氢气达到
压力0.2～2MPa。
3.根据权利要求1的制备工艺，其特征在于：所说的步骤（5）铜熔液保温温
度为1350～1550℃，保温时间为10～60min。
4.根据权利要求1的制备工艺，其特征在于：所说的步骤（6）连铸坩埚加热
温度为1200～1400℃。
5.根据权利要求1的制备工艺，其特征在于：所说的步骤（7）牵引杆的抽拉
速率为10～50mm/min。
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