CN105903969B - 一种具有定向层状孔隙的多孔铜材及其制备方法 - Google Patents

一种具有定向层状孔隙的多孔铜材及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105903969B
CN105903969B CN201610498305.9A CN201610498305A CN105903969B CN 105903969 B CN105903969 B CN 105903969B CN 201610498305 A CN201610498305 A CN 201610498305A CN 105903969 B CN105903969 B CN 105903969B
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper material
porous
oriented laminated
preparation
porous copper
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610498305.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105903969A (zh
Inventor
刘新利
张雷
周科朝
吴集思
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central South University
Original Assignee
Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South University filed Critical Central South University
Priority to CN201610498305.9A priority Critical patent/CN105903969B/zh
Publication of CN105903969A publication Critical patent/CN105903969A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105903969B publication Critical patent/CN105903969B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1103—Making porous workpieces or articles with particular physical characteristics
    • B22F3/1118—Making porous workpieces or articles with particular physical characteristics comprising internal reinforcements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/22—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip
    • B22F3/222—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip by freeze-casting or in a supercritical fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/002—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of porous nature

Abstract

本发明涉及一种具有定向层状孔隙的多孔铜材及其制备方法。属于多孔金属材料制备技术领域。本发明所设计的多孔铜材具有定向层状孔隙的多孔铜材包括呈层状分布的骨架层以及骨架层与骨架层之间的支撑架，所述骨架层和支撑架构成大孔，所述大孔的孔径为5‑400μm；骨架层之间的层间距为2‑300μm。其制备方法为：利用定向温度场使水基铜浆料定向凝固成型，将所得冷坯冷冻干燥去除冰晶，然后在氢气气氛中脱除粘结剂，高温烧结制备出铜及铜合金多孔材料。本发明结构设计合理，制备工艺简单，便于大规模的工业化应用。

Description

一种具有定向层状孔隙的多孔铜材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有定向层状孔隙的多孔铜材及其制备方法。属于多孔金属材料制备技术领域。
背景技术
多孔材料相对连续介质材料，具有大的比表面积、相对低的密度、高的比强度、好的渗透性和大的吸附容量等特点，在过滤分离、节流储能、隔音隔热等诸多领域具有广泛的应用前景。金属多孔材料，具有良好的力学性能，可随意加工，能与其它元件通过焊接进行连接，已广泛应用于化工冶金、生物医药、能源机械等领域。多孔铜及铜合金具有轻质、比表面积大、导热导电性能好、冲击吸收能力强等优点，在电池及电子元件、分离过滤、催化载体、消音减震等领域具有潜在的应用价值。
目前多孔铜材制备方法主要有：电化学和气相沉积法、熔体金属发泡法、粉末冶金法、脱合金法等。电化学和气相沉积法主要用来制备膜材料，且其孔结构受前躯体的影响较大；熔体金属发泡法需很好的控制熔体的粘度，制备的多孔材料开孔率低。粉末冶金法通常需加造孔剂获得孔隙率较高的多孔铜，但造孔剂含量高时，很难将其去除。脱合金法可制备孔径较小的多孔铜，但其孔隙率受合金成分制约。除了上述方法外，人们还尝试了常用于制备多孔陶瓷的冷冻浇注来制备多孔铜才，如韩国的OH等采用氧化铜粉末为原料，莰烯为溶剂，将混好的浆料在-25℃下冷冻，获得的多孔铜孔径不均匀，不具有层片结构，2015年公开的中国矿业大学一项专利(一种利用氧化铜粉末制备复杂形状多孔铜的方法),将氧化铜和水配成的浆料，聚乙烯醇做为粘接剂，直接放入低温冷冻箱内冷冻，获得的孔隙为蜂窝状孔，不具有层状结构，且孔径大小不均匀。
发明内容
发明人研究发现由于金属粉末较重，很难形成均匀稳定的浆料，一般很难得到具有定向层状孔隙的多孔金属材料，尤其是使用金属铜粉末或铜合金粉为原料时，其难度就更大。
本发明针对现有技术的不足，提供一种具有定向层状孔隙的多孔铜材及其制备方法。
本发明一种具有定向层状孔隙的多孔铜材；包括呈层状分布的的骨架层以及骨架层与骨架层之间的支撑架，所述骨架层和支撑架构成大孔，所述大孔的孔径为5-400μm、优选为20-200μm、进一步优选为50-100μm；骨架层之间的层间距为2-300μm、优选为20-200μm、进一步优选为50-100μm；
本发明一种具有定向层状孔隙的多孔铜材；所述孔径为当量孔径，即孔的很横截面积换算成圆，该圆所对应的直径。
本发明一种具有定向层状孔隙的多孔铜材；所述骨架层和/或支撑架上还分布有小孔。
本发明一种具有定向层状孔隙的多孔铜材；所述多孔铜材的孔隙率为30～85％、优选为50％-85％、进一步优选为70％-85％。
本发明一种具有定向层状孔隙的多孔铜材；多孔铜材单个大孔的横截面呈4边形；优选为长方形或正方形。
本发明一种具有定向层状孔隙的多孔铜材；所述多孔铜材的材质为纯铜或铜合金。优选为Cu-Zn、Cu-Sn、Cu-Ni合金中的至少一种；所述Cu-Zn、Cu-Sn、Cu-Ni合金中铜元素的质量百分含量大于等于50％。
本发明一种具有定向层状孔隙的多孔铜材的制备方法，包括下述步骤：
步骤一
将铜材粉料与混合液按体积比，铜材粉料：混合液＝3：97～30:70、优选为5:95-25：75、进一步优选为10：90-15:85混合均匀，得到浆料；所述混合溶液中含有粘结剂，且粘结剂的质量为水质量的1％～10％、优选为2-8％、进一步优选为3-5％；
步骤二
将步骤一所得浆料放到模具中，并将模具置于定向温度场中低温凝固，待浆料完全冷冻后放入冷冻干燥箱里真空干燥24～72h，所述定向温度场中底部温度低于顶部温度，所述底部温度为－5℃～-100℃、优选为－10℃～-50℃，顶部温度小于等于15℃、优选为小于等于5℃、进一步优选为小于等于-5℃，且底部温度与顶部温度的温差大于等于15℃；
步骤三
将冷冻干燥后的坯体从模具中取出，在氢气气氛中，以2～5℃/min的速率加热到300～450℃、优选为350～420℃、进一步优选为380～400℃，保温1～3小时后，脱除明胶后；再以5～10℃/min的速率升至600～1050℃优选为850-1000℃、进一步优选为900-950℃保温2～4h，随炉冷却至室温，得到具有定向层状孔隙的多孔铜材。
本发明一种具有定向层状孔隙的多孔铜材的制备方法，所述铜材粉料的粒度为0.5μm～3.0μm。
本发明一种具有定向层状孔隙的多孔铜材的制备方法，所述粘结剂选自明胶、聚乙烯醇、壳聚糖、聚丙烯酸中的至少一种，优选为明胶。
本发明一种具有定向层状孔隙的多孔铜材的制备方法，当所用粘结剂为明胶时，按质量比，铜材粉料：混合液＝90-100:62-65或160-175:50-55或25-30:69-70，配取铜材粉料和混合液。通过优选浆料，辅助冷冻、烧结技术能制备出孔隙率大且大孔分布更加均匀的具有定向层状孔隙的多孔铜材。
本发明制备的多孔铜及铜合金可应用于电池及电子元件、分离过滤、催化载体、消音减震等领域。
原理和优势
本发明浆料中原料铜粉的含量与冷冻条件(温度场、冷却速率1～20℃/min)以及升温烧结调节的协同作用，得到了具有定向层状孔隙的多孔铜材。
本发明通过原料铜粉的粒径、用量，粘接剂种类尤其是使用明胶、冷冻条件(温度场、冷却速率)的协同作用下，尽可能的保证了浆料的稳定，进而为得到具有定向层状孔隙的多孔铜材提供了必要条件。
附图说明
附图1为本发明实施例3所制备的具有定向层状孔隙的多孔铜材的横截面的扫描电镜图；
其中附图1(a)为200倍的电镜图，附图1(b)为2000倍的电镜图；通过图1可以看出所制备的多孔铜材具有层状分布的的骨架层以及骨架层与骨架层之间的支撑架，所述骨架层和支撑架构成大孔，所述大孔沿同一方向开孔分布；且骨架层和/或支撑架上还分布有小孔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1：
向球磨罐中加入96g铜粉(粒度为0.5μm～3.0μm)、62g去离子水和1.8g明胶作为粘结剂，球磨混合18h后(球磨转速为：130r/min、球料质量比为为3：1)，得到均匀的水基铜浆料；将浆料注入底端为铜材的方形塑料模具，放入下端连接冷冻装置的铜基板上，设置冷场下端温度-20℃，上端温度15℃，坯体冷冻完全后移到冷冻干燥机中去除冰晶。干燥后，将坯体转移到氢气炉中烧结，以3℃/min的速率加热到300℃保温2小时，脱除添加的粘结剂；进一步以5℃/min的速率升至900℃保温3h，待炉温冷到室温后取出样品。得到孔隙率为70％，定向孔层间距为～15μm的多孔铜，所得多孔铜中大孔的孔径为43μm。
实施例2：
向球磨罐中加入170g铜锌合金粉(锌含量32％)(粒度为0.5μm～3.0μm)、50g去离子 水和2.5g明胶作为粘结剂，球磨混合24h后(球磨转速为：120r/min、球料质量比为为5：1)，得到均匀的水基铜合金浆料；将浆料注入底端为铜材的方形塑料模具，放入下端连接冷冻装置的铜基板上，设置冷场下端温度-10℃，上端温度5℃，坯体冷冻完全后移到冷冻干燥机中去除冰晶。干燥后，将坯体转移到氢气炉中烧结，以5℃/min的速率加热到350℃保温2h，脱除添加的粘结剂；进一步以8℃/min的速率升至920℃保温2h，待炉温冷到室温后取出样品。得到孔隙率为50％，定向孔层间孔径为～25μm的多孔铜合金。所得多孔铜中大孔的孔径为85μm。
实施例3：
向球磨罐中加入28g铜粉(粒度为0.5μm～3.0μm)、68g去离子水和1.5g明胶作为粘结剂，球磨混合10h后(球磨转速为：150r/min、球料质量比为为3：1)，得到均匀的水基铜浆料；将浆料注入底端为铜材的方形塑料模具，放入下端连接冷冻装置的铜基板上，设置冷场下端温度-50℃，上端温度-5℃，待坯体冷冻完全后移到冷冻干燥机中去除冰晶。干燥后，将坯体转移到氢气炉中烧结，以2℃/min的速率加热到380℃保温1小时，脱除添加的粘结剂；进一步以5℃/min的速率升至950℃保温1h，待炉温冷到室温后取出样品。得到孔隙率为80％，层间距为～8μm的多孔铜。所得多孔铜中大孔的孔径为22μm。

Claims (9)

1.一种具有定向层状孔隙的多孔铜材的制备方法；其特征在于包括下述步骤：
步骤一
将铜材粉料与混合液按体积比，铜材粉料：混合液＝3：97～30:70混合均匀，得到浆料；所述混合溶液中含有粘结剂，且粘结剂的质量为水质量的1％～10％；
步骤二
将步骤一所得浆料放到模具中，并将模具置于定向温度场中低温凝固，待浆料完全冷冻后放入冷冻干燥箱里真空干燥24～72h，所述定向温度场中底部温度低于顶部温度，所述底部温度为－5℃～-100℃，顶部温度小于等于15℃，且底部温度与顶部温度的温差大于等于15℃；
步骤三
将冷冻干燥后的坯体从模具中取出，在氢气气氛中，以2～5℃/min的速率加热到300～450℃，保温1～3小时后再以5～10℃/min的速率升至600～1050℃，保温2～4h，随炉冷却至室温，得到具有定向层状孔隙的多孔铜材；
所述具有定向层状孔隙的多孔铜材包括呈层状分布的骨架层以及骨架层与骨架层之间的支撑架，所述骨架层和支撑架构成大孔，所述大孔的孔径为5-400μm；骨架层之间的层间距为2-300μm；所述大孔沿同一方向开孔分布。
2.根据权利要求1所述的一种具有定向层状孔隙的多孔铜材的制备方法，其特征在于：所述铜材粉料的粒度为0.5μm～3.0μm。
3.根据权利要求1所述的一种具有定向层状孔隙的多孔铜材的制备方法，其特征在于：所述粘结剂选自明胶、聚乙烯醇、壳聚糖、聚丙烯酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种具有定向层状孔隙的多孔铜材的制备方法；其特征在于：所述大孔的孔径为20-100μm。
5.根据权利要求1所述的一种具有定向层状孔隙的多孔铜材的制备方法；其特征在于：所述骨架层和/或支撑架上还分布有小孔。
6.根据权利要求1所述的一种具有定向层状孔隙的多孔铜材的制备方法；其特征在于：所述多孔铜材的孔隙率为30-85％。
7.根据权利要求4所述的一种具有定向层状孔隙的多孔铜材的制备方法；其特征在于：所述多孔铜材的孔隙率为50％-85％。
8.根据权利要求1所述的一种具有定向层状孔隙的多孔铜材的制备方法；其特征在于：多孔铜材单个大孔的横截面呈4边形。
9.根据权利要求1所述的一种具有定向层状孔隙的多孔铜材的制备方法；其特征在于：所述多孔铜材的材质为纯铜或铜合金；所述铜合金中铜元素的质量百分含量大于等于50％。
CN201610498305.9A 2016-06-30 2016-06-30 一种具有定向层状孔隙的多孔铜材及其制备方法 Active CN105903969B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610498305.9A CN105903969B (zh) 2016-06-30 2016-06-30 一种具有定向层状孔隙的多孔铜材及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610498305.9A CN105903969B (zh) 2016-06-30 2016-06-30 一种具有定向层状孔隙的多孔铜材及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105903969A CN105903969A (zh) 2016-08-31
CN105903969B true CN105903969B (zh) 2018-09-11

Family

ID=56754276

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610498305.9A Active CN105903969B (zh) 2016-06-30 2016-06-30 一种具有定向层状孔隙的多孔铜材及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105903969B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108994301B (zh) * 2018-07-03 2021-03-26 中国科学院金属研究所 以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料及其制备方法
CN108994300B (zh) * 2018-07-03 2021-03-26 中国科学院金属研究所 具有微观定向结构的电接触用碳／金属复合材料及其制备方法
CN109482885B (zh) * 2018-10-22 2021-05-18 中国科学院金属研究所 具有微观定向结构的铜基触头材料及其制备方法
CN109482882B (zh) * 2018-10-22 2021-05-18 中国科学院金属研究所 具有微观定向孔结构的泡沫金属及其制备方法
CN110280766B (zh) * 2019-07-23 2020-08-04 中南大学 多级孔结构镍基合金及其制备方法和应用
CN110714140A (zh) * 2019-11-20 2020-01-21 中南大学 具有定向孔的镍或镍合金多孔材料及其制备方法和在析氢电极中的应用
CN115156553A (zh) * 2022-08-05 2022-10-11 江苏亚威创科源激光装备有限公司 一种闭孔泡沫钢及其激光增材制造技术制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101050128A (zh) * 2007-04-13 2007-10-10 中国科学院上海硅酸盐研究所 冷冻干燥法制备多孔材料的改进
CN101104894A (zh) * 2007-07-09 2008-01-16 东南大学 孔结构调制通孔多孔铝及铝合金和其制备方法
CN101413071A (zh) * 2008-12-05 2009-04-22 西北有色金属研究院 一种梯度孔结构金属多孔材料及其制备方法
CN103667762A (zh) * 2013-11-26 2014-03-26 西南科技大学 一种低密度多孔金属材料的制备方法
CN104451235A (zh) * 2014-12-15 2015-03-25 中国矿业大学 一种利用氧化铜粉末制备复杂形状多孔铜的方法
CN105312538A (zh) * 2014-07-07 2016-02-10 陈焕铭 一种制备Nb/TiAl复合材料的新方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101608271B (zh) * 2009-07-20 2011-06-22 河北工业大学 一种通孔泡沫铜的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101050128A (zh) * 2007-04-13 2007-10-10 中国科学院上海硅酸盐研究所 冷冻干燥法制备多孔材料的改进
CN101104894A (zh) * 2007-07-09 2008-01-16 东南大学 孔结构调制通孔多孔铝及铝合金和其制备方法
CN101413071A (zh) * 2008-12-05 2009-04-22 西北有色金属研究院 一种梯度孔结构金属多孔材料及其制备方法
CN103667762A (zh) * 2013-11-26 2014-03-26 西南科技大学 一种低密度多孔金属材料的制备方法
CN105312538A (zh) * 2014-07-07 2016-02-10 陈焕铭 一种制备Nb/TiAl复合材料的新方法
CN104451235A (zh) * 2014-12-15 2015-03-25 中国矿业大学 一种利用氧化铜粉末制备复杂形状多孔铜的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105903969A (zh) 2016-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105903969B (zh) 一种具有定向层状孔隙的多孔铜材及其制备方法
CN105624455B (zh) 一种多孔高熵合金及其制备方法
CN109465426B (zh) 一种高性能通孔泡沫铝材料及其制备工艺
CN108484213B (zh) 一种陶瓷金属多孔复合材料及其制备方法
CN106222467B (zh) 一种具有高取向度层状定向连通孔隙的钛材及其制备方法
CN108213408B (zh) 一种利用3d打印技术制备具有复杂结构的多孔金属零件的方法
CN1101478C (zh) 一种泡沫金属制造方法
CN106676307B (zh) 一种铜烧结多孔材料的制备方法
CN105648260B (zh) 一种铜铁合金去合金化制备微米多孔金属铜块体的方法
CN110732672B (zh) 一种梯度金属基多孔材料及其制备方法和应用
CN107385269B (zh) 一种利用微波制备碳纳米管增强铜基复合材料的方法
JP5088342B2 (ja) 多孔質焼結体の製造方法
CN103667762B (zh) 一种低密度多孔金属材料的制备方法
CN103627920A (zh) 一种多孔镍的制备方法
JP2013189676A (ja) 金属多孔体及び金属多孔体の製造方法。
CN110976889A (zh) 一种高W量W-Cu复合材料的制备方法
CN107460385B (zh) 一种轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料及其制备方法
CN104117675B (zh) 一种多孔铝或铝合金基复合材料的制备方法
CN112553494B (zh) 一种冷冻装置及其制备高强韧层状多孔钛合金材料的方法
CN109454231B (zh) 一种铁铝铜合金微孔过滤材料的制备方法
CN103253980B (zh) 一种低温液相烧结碳化硅泡沫陶瓷的制备方法
CN1256452C (zh) 开孔锌合金及其制备方法
CN109852833A (zh) 一种烧结溶解法制备的多孔铝材料
CN104593630A (zh) 藕状多孔铝的定向凝固制备方法
CN109338150B (zh) 一种多孔铜合金及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant