一种3D打印铜粉的制备方法与流程

文档序号:15089999发布日期:2018-08-04 13:12阅读:425来源:国知局

本发明属于3d打印材料技术领域,具体涉及一种3d打印铜粉的制备方法。



背景技术:

3d打印技术广泛应用军事、航天、医学、汽车和电子等方面,其中铜系金属由于具有良好的可塑性和导电性被大量用作3d打印的金属材料。目前较为常见的打印金属制备技术包括物理、化学和机械等三大类技术,但是这些方法普遍成本高、效率低,且获得的铜粉含氧量,粒度分布以及颗粒形貌皆不稳定,阻碍了其向大众化、民用化方向的发展。



技术实现要素:

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述的技术缺陷,提出了本发明。

因此,本发明克服现有技术中存在的不足,提供一种3d打印铜粉的制备方法。

为解决上述技术问题,本发明提供了如下技术方案:一种3d打印铜粉的制备方法,其包括,溶解:将含铜试剂在硫酸水溶液中溶解;通气:将经过溶解的所述含铜试剂中通入非氧化性气体;电解:在经过溶解、通气的所述含铜试剂中加入添加剂进行电解,制得铜粉。

作为本发明所述3d打印铜粉的制备方法的优选方案,所述溶解,其中,所述含铜试剂为硫酸铜,所述硫酸铜的纯度为99.91%~99.99%,所述硫酸水溶液,其浓度为10g/l~50g/l;所述通气,其中,所述非氧化性气体为氮气。

作为本发明所述3d打印铜粉的制备方法的优选方案,所述电解,其中,所述添加剂为亚铁氰化钾或聚乙二醇2000,所述铜的浓度为1.0g/l~10g/l。

作为本发明所述3d打印铜粉的制备方法的优选方案,所述电解,其中,所述亚铁氰化钾,浓度为0.4g/l~2.3g/l,所述聚乙二醇2000,浓度为0.01g/l~0.5g/l。

作为本发明所述3d打印铜粉的制备方法的优选方案,所述电解为旋流电解,所述旋流电解,其工作电极为不锈钢,其对电极为网状电极。

作为本发明所述3d打印铜粉的制备方法的优选方案,所述旋流电解,其中,所述工作电极为304不锈钢,所述工作电极的面积为600~700cm2,所述对电极,为涂层钛钽的网状电极。

作为本发明所述3d打印铜粉的制备方法的优选方案,所述电解,其温度为20~30℃,电流密度为30~50a/m2,时间为0.6~0.8h。

作为本发明所述3d打印铜粉的制备方法的优选方案,所述电解,为在搅拌状态下电解,所述搅拌,速度为300~400r/min。

作为本发明所述3d打印铜粉的制备方法的优选方案,其还包括,

清洗:将经过电解制得的铜粉用水及无水乙醇清洗;

干燥:将经过清洗的所述铜粉干燥。

作为本发明所述3d打印铜粉的制备方法的优选方案,所述乙醇,浓度为90~99.8%,所述干燥,为在真空干燥箱中干燥,温度为60℃,干燥时间为3h。

本发明的有益效果:本发明高效便捷地通过电化学方法、通入非氧化性气体、添加剂的协同作用,来实现对铜粉氧含量,形貌以及粒度分布的调控,整个流程简单,生产所需设备少,所需试剂量少,原料来源广泛,成本低,适用于大规模工业生产,具有良好的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:

图1为本发明实施例1制备3d打印的球形铜粉末的扫描电子显微镜照片;

图2为本发明实施例5制备铜粉末的扫描电子显微镜照片;

图3为本发明实施例8制备3d打印的树枝形铜粉末的扫描电子显微镜照片;

图4为本发明实施例9制备3d打印的树枝形铜粉末的扫描电子显微镜照片;

图5为本发明对比例1制备的铜粉的扫描电子显微镜照片;

图6为本发明对比例2制备的铜粉的扫描电子显微镜照片;

图7为本发明对比例3制备的铜粉的扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1:

将无水硫酸铜(纯度为99.99%)、亚铁氰化钾在高温80℃下烘干;

将烘干的无水硫酸铜和亚铁氰化钾溶解于硫酸(20g/l)水溶液中,铜的浓度为8g/l,亚铁氰化钾的浓度为1.5g/l,并向含铜溶液中通入氮气。

将上述得到的电解液通入长方体旋流电解槽,工作电极为304不锈钢面积为700cm2,对电极为涂层钛钽的网状电极,电解温度为30℃,电流密度为40a/m2,电解时间为0.8h,搅拌400r/min进行电解,制得铜粉。

将上述制得的铜粉用水洗,再用96%无水乙醇洗,放在真空干燥箱60℃下烘干时间3h,得到适用于3d打印铜粉末。

对本实施例得到的超细铜粉进行sem表征,如图1所示,所得超细铜粉呈球形,颗粒均匀,氧含量为375ppm,直径为3~5μm。

实施例2:

将无水硫酸铜(纯度为99.94%),亚铁氰化钾在高温70℃下烘干。

将烘干的无水硫酸铜和亚铁氰化钾溶解于硫酸(30g/l)水溶液中,铜的浓度为10g/l,亚铁氰化钾的浓度为2.0g/l,并向含铜溶液中通入氮气。

将上述得到的电解液通入长方体旋流电解槽,工作电极为304不锈钢面积为600cm2,对电极为涂层钛钽的网状电极,电解温度为30℃,电流密度为50a/m2,电解时间为0.8h,搅拌300r/min进行电解,制得铜粉。

将上述制得的铜粉用水洗,再用97%无水乙醇洗,放在真空干燥箱60℃下烘干时间3h,得到适用于3d打印铜粉末。

对本实施例得到的超细铜粉进行sem表征,所得超细铜粉呈球形,颗粒均匀,氧含量为203ppm,直径为2~5μm。

实施例3:

将氯化铜(纯度为99.94%),亚铁氰化钾在高温70℃下烘干。

将烘干的无水硫酸铜和亚铁氰化钾溶解于硫酸(30g/l)水溶液中,铜的浓度为10g/l,亚铁氰化钾的浓度为2.0g/l,并向含铜溶液中通入氮气。

将上述得到的电解液通入长方体旋流电解槽,工作电极为304不锈钢面积为600cm2,对电极为涂层钛钽的网状电极,电解温度为30℃,电流密度为50a/m2,电解时间为0.8h,搅拌300r/min进行电解,制得铜粉。

将上述制得的铜粉用水洗,再用97%无水乙醇洗,放在真空干燥箱60℃下烘干时间3h,得到适用于3d打印铜粉末。

对本实施例得到的超细铜粉进行sem表征,所得超细铜粉呈多孔状不规则颗粒,氧含量为1400ppm,直径为3~45μm。

实施例4:

将无水硫酸铜(纯度为99.94%),亚铁氰化钾在高温70℃下烘干。

将烘干的无水硫酸铜和亚铁氰化钾溶解于硫酸(30g/l)水溶液中,铜的浓度为10g/l,亚铁氰化钾的浓度为2.0g/l,并向含铜溶液中通入氮气。

将上述得到的电解液通入长方体旋流电解槽,工作电极为304不锈钢面积为600cm2,对电极为涂层钛钽的网状电极,电解温度为30℃,电流密度为500a/m2,电解时间为0.8h,搅拌1000r/min进行电解,制得铜粉。

将上述制得的铜粉用水洗,再用97%无水乙醇洗,放在真空干燥箱60℃下烘干时间3h,得到适用于3d打印铜粉末。

对本实施例得到的超细铜粉进行sem表征,所得超细铜粉不规则类球状颗粒,氧含量为2160ppm,直径为5~15μm。

实施例5:

将无水硫酸铜(纯度为99.94%),亚铁氰化钾在高温70℃下烘干。

将烘干的无水硫酸铜和亚铁氰化钾溶解于硫酸(30g/l)水溶液中,铜的浓度为10g/l,亚铁氰化钾的浓度为2.0g/l,并向含铜溶液中通入氮气。

将上述得到的电解液通入长方体旋流电解槽,工作电极为304不锈钢面积为600cm2,对电极为涂层钛钽的网状电极,电解温度为30℃,电流密度为200a/m2,电解时间为0.8h,搅拌300r/min进行电解,制得铜粉。

将上述制得的铜粉用水洗,再用97%无水乙醇洗,放在真空干燥箱60℃下烘干时间3h,得到适用于3d打印铜粉末。

对本实施例得到的超细铜粉进行sem表征,如图2所示,所得超细铜粉为类球状颗粒,氧含量为1800ppm,直径为6~10μm。

实施例6:

将无水硫酸铜(纯度为99.94%),亚铁氰化钾在高温70℃下烘干

将烘干的无水硫酸铜和亚铁氰化钾溶解于硫酸(30g/l)水溶液中,铜的浓度为10g/l,亚铁氰化钾的浓度为2.0g/l,并向含铜溶液中通入氮气。

将上述得到的电解液通入长方体旋流电解槽,工作电极为304不锈钢面积为600cm2,对电极为涂层钛钽的网状电极,电解温度为30℃,电流密度为50a/m2,电解时间为0.8h,搅拌300r/min进行电解,制得铜粉。

将上述制得的铜粉用水洗,再用97%无水乙醇洗,放在真空干燥箱60℃下烘干时间3h,得到适用于3d打印铜粉末。

对本实施例得到的超细铜粉进行sem表征,所得超细铜粉呈球形,颗粒均匀,氧含量为205ppm,直径为2~5μm。

实施例7:

将无水硫酸铜(纯度为99.99%),亚铁氰化钾在高温90℃下烘干

将烘干的无水硫酸铜和亚铁氰化钾溶解于硫酸(40g/l)水溶液中,铜的浓度为6g/l,亚铁氰化钾的浓度为1.9g/l,并向含铜溶液中通入氮气。

将上述得到的电解液通入长方体旋流电解槽,工作电极为304不锈钢面积为650cm2,对电极为涂层钛钽的网状电极,电解温度为25℃,电流密度为45a/m2,电解时间为0.8h,搅拌400r/min进行电解,制得铜粉。

将上述制得的铜粉用水洗,再用96%无水乙醇洗,放在真空干燥箱60℃下烘干时间3h,得到适用于3d打印的铜粉末。

对本实施例得到的超细铜粉进行sem表征,所得超细铜粉呈球形,颗粒均匀,氧含量为321ppm,直径为4~7μm。

实施例8:

将无水硫酸铜(纯度为99.99%),聚乙二醇2000在高温80℃下烘干。

将烘干的无水硫酸铜和聚乙二醇2000分别溶解于硫酸(50g/l)水溶液中,铜的浓度为9g/l,聚乙二醇2000的浓度为0.25g/l,并向含铜溶液中通入氮气。

将上述得到的电解液通入长方体旋流电解槽,工作电极为304不锈钢面积为700cm2,对电极为涂层钛钽的网状电极,电解温度为30℃,电流密度为40a/m2,电解时间为0.8h,搅拌300r/min进行电解,制得铜粉。

将上述制得的铜粉用水洗,再用90%无水乙醇洗,放在真空干燥箱60℃下烘干时间3h,得到适用于3d打印的铜粉末。

对本实施例得到的超细铜粉进行sem表征,如图3所示,所得超细铜粉呈树枝形,颗粒均匀,氧含量为461ppm,直径为1~5μm。

实施例9:

将无水硫酸铜(纯度为99.99%),聚乙二醇2000在高温80℃下烘干。

将烘干的无水硫酸铜和聚乙二醇2000分别溶解于硫酸(50g/l)水溶液中,铜的浓度为19g/l,聚乙二醇2000的浓度为0.25g/l,并向含铜溶液中通入氮气。

将上述得到的电解液通入长方体旋流电解槽,工作电极为304不锈钢面积为700cm2,对电极为涂层钛钽的网状电极,电解温度为30℃,电流密度为40a/m2,电解时间为0.8h,搅拌300r/min进行电解,制得铜粉。

将上述制得的铜粉用水洗,再用90%无水乙醇洗,放在真空干燥箱60℃下烘干时间3h,得到适用于3d打印的铜粉末。

对本实施例得到的超细铜粉进行sem表征,如图4所示,所得超细铜粉呈不规则长棒状,氧含量为500ppm,直径为5~12μm。

实施例10:

将无水硫酸铜(纯度为99.99%),聚乙二醇2000在高温80℃下烘干。

将烘干的无水硫酸铜和聚乙二醇2000分别溶解于硫酸(50g/l)水溶液中,铜的浓度为9g/l,聚乙二醇2000的浓度为12.5g/l,并向含铜溶液中通入氮气。

将上述得到的电解液通入长方体旋流电解槽,工作电极为304不锈钢面积为700cm2,对电极为涂层钛钽的网状电极,电解温度为30℃,电流密度为40a/m2,电解时间为0.8h,搅拌300r/min进行电解,制得铜粉。

将上述制得的铜粉用水洗,再用90%无水乙醇洗,放在真空干燥箱60℃下烘干时间3h,得到适用于3d打印的铜粉末。

对本实施例得到的超细铜粉进行sem表征,所得超细铜粉呈不规则长棒状,氧含量为512ppm,直径为3~20μm。

实施例11:

将无水硫酸铜(纯度为99.99%),聚乙二醇2000在高温80℃下烘干。

将烘干的无水硫酸铜和聚乙二醇2000分别溶解于硫酸(50g/l)水溶液中,铜的浓度为9g/l,聚乙二醇2000的浓度为0.25g/l,并向含铜溶液中通入氮气。

将上述得到的电解液通入长方体旋流电解槽,工作电极为304不锈钢面积为700cm2,对电极为涂层钛钽的网状电极,电解温度为30℃,电流密度为400a/m2,电解时间为0.8h,搅拌300r/min进行电解,制得铜粉。

将上述制得的铜粉用水洗,再用90%无水乙醇洗,放在真空干燥箱60℃下烘干时间3h,得到适用于3d打印的铜粉末。

对本实施例得到的超细铜粉进行sem表征,所得超细铜粉呈不规则长棒状,氧含量为1864ppm,直径为4~8μm。

实施例12:

将无水硫酸铜(纯度为99.99%),聚乙二醇2000在高温80℃下烘干。

将烘干的无水硫酸铜和聚乙二醇2000分别溶解于硫酸(50g/l)水溶液中,铜的浓度为9g/l,聚乙二醇2000的浓度为0.25g/l,并向含铜溶液中通入氮气。

将上述得到的电解液通入长方体旋流电解槽,工作电极为304不锈钢面积为700cm2,对电极为涂层钛钽的网状电极,电解温度为30℃,电流密度为40a/m2,电解时间为0.8h,搅拌800r/min进行电解,制得铜粉。

将上述制得的铜粉用水洗,再用90%无水乙醇洗,放在真空干燥箱60℃下烘干时间3h,得到适用于3d打印的铜粉末。

对本实施例得到的超细铜粉进行sem表征,所得超细铜粉呈不规则长棒状,氧含量为3000ppm,直径为7~18μm。

实施例13:

将无水硫酸铜(纯度为99.96%),聚乙二醇2000在高温90℃下烘干。

将烘干的无水硫酸铜和聚乙二醇2000分别溶解于硫酸(40g/l)水溶液中,铜的浓度为9.4g/l,聚乙二醇2000的浓度为0.4g/l,并向含铜溶液中通入氮气。

将上述得到的电解液通入长方体旋流电解槽,工作电极为304不锈钢面积为700cm2,对电极为涂层钛钽的网状电极,电解温度为30℃,电流密度为50a/m2,电解时间为0.7h,搅拌350r/min进行电解,制得铜粉。

将上述制得的铜粉用水洗,再用92%无水乙醇洗,放在真空干燥箱60℃下烘干时间3h,得到适用于3d打印的铜粉末。

对本实施例得到的超细铜粉进行sem表征,所得超细铜粉呈树枝形,颗粒均匀,氧含量为194ppm,直径为2~4μm。

实施例14:

将无水硫酸铜(纯度为99.93%),聚乙二醇2000在高温85℃下烘干。

将烘干的无水硫酸铜和聚乙二醇2000分别溶解于硫酸(50g/l)水溶液中,铜的浓度为9.6g/l,聚乙二醇2000的浓度为0.5g/l,并向含铜溶液中通入氮气。

将上述得到的电解液通入长方体旋流电解槽,工作电极为304不锈钢面积为670cm2,对电极为涂层钛钽的网状电极,电解温度为27℃,电流密度为46a/m2,电解时间为0.71h,搅拌364r/min进行电解,制得铜粉。

将上述制得的铜粉用水洗,再用93%无水乙醇洗,放在真空干燥箱60℃下烘干时间3h,得到适用于3d打印的铜粉末。

对本实施例得到的超细铜粉进行sem表征,所得超细铜粉呈树枝形,颗粒均匀,氧含量为203ppm,直径为1~3μm。

对比例1:

与实施例1相比,除了不加入亚铁氰化钾外,其他条件与实施例1相同,即溶解含铜试剂后,直接作为电解液进行后续操作。

对本对比例得到的超细铜粉进行sem表征,结果如图5所示,所得铜粉呈多菱角不规则多面体,颗粒不均匀、分布范围大,氧含量为1030ppm,直径为1-9μm。

对比例2:

与实施例1相比,除了将加入的浓度为1.5g/l的亚铁氰化钾替换为1.5g/l的亚铁氰化钠外,其他条件与实施例1相同。

对本对比例得到的超细铜粉进行sem表征,结果如图6所示,所得铜粉呈棒状或椭圆形,颗粒不均匀、分布范围大,氧含量1258ppm,直径为1-10μm。

对比例3:

与实施例4相比,除了将加入的浓度为0.25g/l的聚乙烯醇2000替换为0.25g/l的聚乙烯醇12000外,其他条件与实施例4相同。

对本对比例得到的超细铜粉进行sem表征,结果如图7所示,所得铜粉以小不规则颗粒形态聚集在一起,分布范围大,氧含量为850ppm,直径为1~12μm。

本发明高效便捷地通过电化学方法、通入非氧化性气体、添加剂的协同作用,来实现对铜粉氧含量,形貌以及粒度分布的调控,整个流程简单,生产所需设备少,所需试剂量少,原料来源广泛,成本低,适用于大规模工业生产,具有良好的经济效益。

应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

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