一种金属铜粉及其制备方法与流程

本发明属于金属粉末冶金技术领域，具体是一种金属铜粉及其制备方法。

背景技术：

近年来，随着材料的技术的快速发展，在增材技术与金属陶瓷材料方面，由于铜粉有小尺寸效应、表明界面效应等特征，从而使得铜粉具有较高的表面活性、良好的导电和导热性能，市场对高品质铜粉的需求不断上升，使金属粉末厂家所广泛关注的。

目前，高纯铜粉的制备方法有很多，但主要以雾化法、电解法、机械粉碎法、还原法等等为主。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种方法流程短，成本低，铜粉粒度细，纯度高，分散性好的简单易行的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

先将预处理过的铜板在硝酸溶液中溶解，再过滤去杂质后用乙二醇溶液沉淀，接着将沉淀洗涤、烘燥，然后在氢气还原气氛下热解，最后将还原产物破碎、过筛制得高纯铜粉。

一种金属铜粉，其特征在于，按质量百分比，包括以下组分：

Cu:65-75%；Co:25-35%；

粒度：270-325目≥6.13%；

流动性：12.32-12.47s；

松装密度为2.175-2.413g/cm3。

一种金属铜粉的制备方法，按质量百分比，包括以下步骤：

1）使预处理的铜板溶解于60-70%的硝酸水溶液中，制成浓度为1.55-1.65g/ml硝酸铜水溶液；

2）将硝酸铜水溶液过滤后，去除杂质再加入重量百分比为30-40%的乙二醇溶液，充分搅拌使其反应后获得铜沉淀；

3）洗涤铜沉淀后，澄清60-120分钟，再烘干后置于还原炉中，控制温度为350-485ºC，在氢气气氛调控下热解还原110-130分钟后，将步骤2）获得到的还原后的产物使用球磨机破碎、研磨，并用270目的金属编织筛网，筛分出粒径为270目以下的铜粉，得到一次还原铜粉；

4）将一次还原铜粉重新放置在还原炉内，并控制温度为540-580ºC，在氢气气氛调控下热解还原120-160分钟，将获得的二次还原产物放置在球磨机破碎，并收集破碎后的铜粉颗粒，并使用270-325目的金属编织网筛分出粒径为45-53μm的铜粉，即制得金属铜粉。

所述的步骤1）预处理是对铜板表面需除杂处理，除杂预处理工艺为将铜板置于稀硝酸或稀硫酸水溶液中，稀硝酸、稀硫酸的重量百分比浓度为10-15%。

所述的步骤3）和步骤4）中，所述搅拌球磨机的研磨时间均为160-200秒，球磨机转速均为800-950转/分。

所述的步骤2）中乙二醇为(NH₄)₂C₂O₄、K₂C₂O₄中的其中一个，乙二醇溶液的浓度为重量百分比30-40%，不断搅拌得到铜沉淀。

所述的步骤3）中还原炉内的还原气体为H₂、CO、CH₄中的至少一种，还原气体与铜沉淀物的质量比为1:0.2-0.4。

所述的步骤1）中，硝酸水溶液的浓度重量百分比为10-20%。

所述的步骤3）中，铜沉淀物质采用去离子水洗涤。

本发明的有益效果是：

本发明将铜粉采用乙二醇铜热解还原的方法，关键在于对于铜沉淀的还原处理。研究发现，二次还原的方法及还原温度的控制对铜粉的粒度分布会产生较大影响。因此，控制还原温度成为整个工艺中的关键步骤。

在发明的方法中，破碎这一环节对铜粉的流动性、松装密度甚至是粉末形貌都会产生很大影响。本发明以高能搅拌球磨机破碎，有效提高了铜粉的流动性和松装密度能减少出现异型粉、卫星粉等形貌。再通过160-200秒的球磨时间以保证粒度和高的松装密度。

本发明的方法制备的铜粉满足以下技术要求：

Cu+Co≥99.9%(质量百分含量)；

粒度：270-325目≥6.13%(质量百分含量)；

流动性：12.32-12.47s；

松装密度为2.175-2.413g/cm3。

本发明制备的金属铜粉的铜粉纯度高、质量稳定，可达到增材技术对铜粉的使用要求；生产设备简单、操作易行。粒度在270-325目之间具有良好的流动性、高松装密度的优良性能。可以适用于金属陶瓷材料、3D打印等增材技术方面。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下列举具体实例以进一步阐述本发明。

本发明中，产品粉末性能检测按以下标准方法进行：

ASTM B212-1999、ASTM B213-2013、ASTM B214-2016、ASTM B215-2015

实施例1：

一种金属铜粉，其特征在于，按质量百分比，包括以下组分：

Cu:65%；Co:35%；

实施例2：

一种金属铜粉，其特征在于，按质量百分比，包括以下组分：

Cu:70%；Co:30%；

实施例3：

一种金属铜粉，其特征在于，按质量百分比，包括以下组分：

Cu:75%；Co:25%；Cu+Co≥99.9%；

实施例4：参见图1，一种金属铜粉的制备方法，包括以下步骤：

1）先将铜板置于10%的稀硝酸溶液中预处理，清除表面杂质，在浓度为60%的硝酸中溶解，制成浓度范围为1.55g/ml的硝酸铜水溶液；

2）将硝酸铜水溶液过滤，去除杂质后加入浓度为35%的乙二醇溶液，不断搅拌得到乙二醇铜沉淀；

3）用去离子水洗涤乙二醇铜沉淀，并澄清60分钟后烘干，再将乙二醇铜沉淀置于还原炉中，控制温度为355ºC，在氢气气氛调控下将乙二醇铜还原120分钟；

将步骤2）获得的还原产物用高能搅拌球磨机研磨160秒，转速800转/分，再过270目筛网后即制得一次还原铜粉；

4）将一次还原的铜粉置于还原炉中，控制温度为550ºC，在氢气气氛调控下还原120分钟；

将获得的二次还原产物用高能搅拌球磨机破碎160秒，再过270目和325目筛网后，即制得金属铜粉；

获得铜粉的检测指标：

粒度：270-325目≥6.13% (质量百分含量)；

流动性：12.47s；

松装密度为2.413g/cm³。

实施例5：一种金属铜粉的制备方法，包括以下步骤：

1）先将铜板置于13%的稀硫酸溶液中预处理，清除表面杂质，再在浓度为65%的硝酸中溶解，制成浓度范围为1.60g/ml的硝酸铜盐溶液；

2）将硝酸铜盐溶液过滤，去除杂质后加入浓度为35%的乙二醇溶液，不断搅拌得到乙二醇铜沉淀；

3）用去离子水洗涤乙二醇铜沉淀，并澄清90分钟后烘干，再将乙二醇铜沉淀置于还原炉中，控制温度为400ºC，在氢气气氛调控下将乙二醇铜还原125分钟；将热解还原产物用高能搅拌球磨机破碎180秒，再过270目筛网后即制得一次还原铜粉；

4）将一次还原的铜粉置于还原炉中，控制温度为560ºC，在氢气气氛调控下还原140分钟；

将热解还原产物用高能搅拌球磨机破碎200秒，再过270目和325目筛网后，即制得金属铜粉；

获得铜粉的检测指标

粒度：270-325目≥6.20%(质量百分含量)

流动性：12.41s

松装密度为2.312g/cm³。

实施例6，一种金属铜粉的制备方法，包括以下步骤：

1）先将铜板置于15%的稀硫酸溶液中预处理，清除表面杂质，再在浓度为70%的硝酸中溶解，制成浓度范围为1.62g/ml的硝酸铜盐溶液；

2）将硝酸铜盐溶液过滤，去除杂质后加入浓度为40%的乙二醇溶液，不断搅拌得到乙二醇铜沉淀；

3）用去离子水洗涤乙二醇铜沉淀，并澄清120分钟后烘干，再将乙二醇铜沉淀置于还原炉中，控制温度为485ºC，在氢气气氛调控下将乙二醇铜还原130分钟；将热解还原产物用高能搅拌球磨机破碎180秒，再过270目筛网后即制得一次还原铜粉；

4）将一次还原的铜粉置于还原炉中，控制温度为580ºC，在氢气气氛调控下还原160分钟；

将热解还原产物用高能搅拌球磨机破碎200秒，再过270目和325目筛网后，即制得金属铜粉；

获得铜粉的检测指标：

粒度：270-325目≥6.75% (质量百分含量)；

流动性：12.32s；

松装密度为2.175g/cm³。