专利名称：一种金属/碳基复合泡沫材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及泡沫金属材料领域，具体为一种金属/^基复合泡沬材料及其制备 方法。
背景技术：
泡沫金属具有三纟链通网络结构，开孔率高、比表面积大、密度小，是制作 新型换热器、化工催化剂、电极、电子屏蔽设备的理想浙料，在电子、化工、航 空航天等领域有广阔的应用前景。
泡沫塑料表面金属沉积法是当前应用最多的泡沫金属制备方法，该方法以泡 沫塑料为基体，经粗化、活化、敏化、化学镀、电镀增厚、脱胶、还原、烧结、
加工成型等多个步骤制造泡沬金属，得到的产品具有无盲孔、金属^M厚度均匀 雜点。
然而，泡沫塑料表面金属沉积方法存在以下不足
1、 由于泡沫塑料基体柔软、易变形，精确加工性差，因此成型加工工序只能 在电镀增厚以后才育继行。加工过程中大量泡沫金属被作为边角料切除，造^S 大浪费，同时增加电镀成本直接导致泡沬金属产品成本上升；
2、 泡沫金属模量低，不育調铣、磨、车、钻等常用的加工手誠型，只能用 线切割等较昂贵的加工方式，加工成本高；
3、 受加工手段的限制，用该工艺得到的泡沫金属制作异型工件比较困难，不 能满足某些使用场合对特殊结构的要求。
上述不足使泡沫金属的推广应用受到一定限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属鹏复合泡沫材料及其制备方法，用电镀方 式在泡沫麟架表面制备均匀连续的金属层，在保持泡沫藩形不变的鹏下能 大幅增强材料的韧性以及导热能力，从而得到一种新型的金属膽基复合泡沫材 料。
为实现战目的，本发明采用的技术方案是-
一种金属顺基复合泡沫材料，由泡沫碳和电镀于其表面的金属层构成，按重
量百分比计，碳金属=(20^90) : (80~io)。
戶M的金属膽基复合泡沫材料的制备方法，采用泡沫塑料为基体制作泡沫碳 坯料，将泡沫碳加工成型后，在泡沫碳上直接电M属层即可得到金属膽基复合
泡沫材料，具体包括如下步骤
1) 泡沫碳坯料制备
a、 切割^S形状的聚氨酯泡沫塑H用；
b、 以重量比酚醛树脂碳粉酒精=2: (1~5) : (i~6)的比例配制料浆
并球磨1~3小时；
c、 将泡沫塑料在b所得料浆中浸泡l(MOO秒，确保料浆和泡沫塑料充分接 触，然后取出，用压縮空气吹去多余料桨后烘干；
d、 重复C过程，直至达到所需要的重量；
e、 热解，在氮气纖气^W气氛下以2~5°C/min的驗升驢60CM500 °C，并保温1(M00肌脱除聚氨酯泡沫塑料，得到泡沫碳坯料。
2) 泡沫碳加工成型
用车、铣、刨、磨等机加工以及线切割等方式将泡沫碳还料加工舰需要的 皿和尺寸；
3) 电镀
以泡沫碳为基体，在其表面直接电齢属层，在泡沫麟架表面制备均匀连 续的金属层。
戶，的金l/^基复合泡沫材料的制备方法，电镀金属层为一层或两层甚至多 层；所述的金属膽基复合泡沫材料的制备方法，电,属为铜、镍、铬或锌等单 一金属以及可用于电镀的合金。
本发明中，电镀铜工艺为硫酸铜200^220弥升、硫酸3040毫升/升、氯离子 80-150ppm、 210 5Bl剂5-10毫升/升、210主光剂A 0.5-0.8毫升/升、210主光剂 B 0.5-0.8毫升/升、M^20-30。C、电流密度1-6安培/平方分米。
本发明中，电镀镍工艺为硫,240~300穷升、氯化镍55 75效升、硼酸 5"0效升、PAA光亮剂1(M2毫升/升、画补足剂0.5^0.8毫升/升、pH3.84.2、 电流密度0.5-10安培/平方分米。
本发明中，电镀铬工艺为铬酸19CK210忠升、硫酸1.7~1.9效升、温度55-62 °C、电流密度30-70安培/平方分米。
本发明中，电镀锌工艺为氯化锌7(K80效升、氯化钾21(^230弥升、硼酸 30~35^/升、pH5.0-5.3、鹏2(M5。C、电流密度1-6安培/平方分米。
与泡沫塑料表面金属沉积制备工艺相比，本发明具有如下有益效果
1、 本发明泡沫碳具有良好的可加工性、耐酸 蚀、变形度小，因而可在电 !l^属前直接加工成所需要的产品形状。在电镀后无需加工，避免了泡沫金属加 工造成的浪费；
2、 本发明对泡沫碳的加工成型可采用铣、磨、车、钻等常用加工手段以及线 切割等特殊加工方式，适用范围广，加工成本低；
3、 本发明泡沫碳可以比较容易地加工成各种异型工件，可应用于多种特殊工 作场合；
4、 本发明泡沫碳导电性良好，可直,行电镀，无需粗化、活化、敏化、化 学镀等步骤，工艺复杂性比传统泡沫金属制造方纟封氐；
5、 本发明被电M属层包裹的泡沫碳基体无需脱除，泡沬碳的高模量和金属 的高韧性为金属膽基复合泡^W揽供了很高的抗压性能。另外，碳材料良好的 导热导电能力使泡沫碳能割戈部分金属，从而M^电齢属的沉积量，降低电镀 成本；
6、 本发明制备的金属顺基复合泡沫材料不仅可以用作电子元件的散热器， 而且可作为电极、电子屏蔽、催化及催化剂载#*才料，应用于汽车、化工、航空 航天等行业。
图1为本发明实施例1中金属膽基复合泡沫材料示意图2为本发明实施例2中金属膽基复合泡沫材料示意图3为本发明实施例6中金属膽基复合泡沬材料示意图4~图6为采用本发明的方法制备的多种形状的金属條基复合泡沬材料。
具体实施例方式
实施例1
本实施例金属膽基复合泡沫材料的制备过程具体如下 1、泡沫碳的制备
a、 切割^g皿的聚氨酯泡沫塑料(平均孑L径2mm)备用；
b、 以重量比酚醛树月旨碳粉酒精=2 :i:2的比例配制料桨并球磨0.5小
时；
c、 将泡沫塑料臥b所得的料浆10秒，确保料浆和泡沫塑料充分接触，然 后取出，用压縮空气吹去多余料浆后烘干；
d、 重复c过程，直至达到所需要的重量；
e、 在氮气IW气氛下以2'C/min的速度升驢80(rC，并保温0.5小时，脱 除聚氨酯泡沫塑料，得到泡沫碳坯料。本实施例中，泡沫碳的结构^H^iiffi网 络结构，孔隙率为85%，平均孑L径2mm，密度为0.25克/毫升；
2、 加工泡沫碳还料成为所需要的皿，加工方式可用机械加工或线切割等其 它方式；
3、 用蒸馏水X^泡沫,行清洗，除去加工产生的碎屑，然后烘干备用；
4、 在电镀溶液中对加工好的泡沫 行电镀处理，电镀时间根据实际需求设 定。清洗后直接电,一层金属，在第一层金属表面可继续电,二层金属，镀 层可以是铜、镍、铬、锌等单一金属，也可以是其它合，层。
取泡沫碳切割成①30mmX5mm的样品，在铜镀液中进行电镀。电镀液配比 为硫,200-220效升、硫酸3040毫升/升、氯离子80-150^m、 210开缸剂 5-10毫升/升、210主光剂A 0.5-0.8毫升/升、210主光剂B 0.5-0.8 *^/升。电镀 工作温度25。C，阴极电流密度3安培/平方分米，电镀时间30，，所#| 基 泡沫复合材料中铜的含量为0.25427效cm3，获得的 基复合泡沫材料如图1 所示。
实施例2
与实施例1不同之处在于 本实施例泡沬碳还料制备过程如下
a、 切割合适皿的聚氨酯泡沫塑料(平均孑L径2mm)备用；
b、 以重量比酚醛树脂碳粉酒精=2 :2 : 6的比例配制料浆并球磨2小时;
c、 将泡沫塑料在b所得料浆中浸泡50秒，确保料浆和泡沫塑料充分接触， 然后取出，用压縮空气吹去多余料浆后烘干；
d、 重复c过程，直至达到所需要的重量；
e、 热解，在氮气員气^f默气氛下以3°C/min的自升MM 100CTC,并
保温60射中，脱除聚氨酯泡沫塑料，得到泡沫碳还料。本实施例中，泡沫碳的结 构^H维m网络结构，孔隙率为85%，平均孔径2mm，密度为0.25克/毫升。
取泡沫at刀割成①30mmX5mm的样品，在镍镀液中进行电镀。电镀液配比 为硫酸镍270效升、氯化镍65弥升、硼酸50效升、PAA光亮剂12毫升/升、 匿补足剂0.712毫升/升。pH控制在4.1，电流密度为5安培/平方分米，电镀时 间30分钟，所得,基泡沫复合材料中镍的含量为0.3(M).33克/cm3，获得的镍 膽基复合泡沫材料如图2所示。
实施例3
取实施例l中电镀铜后的样品，在锌镀液中进行电镀。电 配比为氯化 锌75克/升、氯化钾220弥升、硼酸30效升。工艺条件pH5.2、温度30。C、电 流密度4安培/平方分米，电镀时间10射中，所得锌膽基泡沬复合材料中锌的含 量为0.1^0.12忠毫升。
实施例4
取实施例l中电镀铜后的样品，在镍镀液中进行电镀。电^t配比为硫酸 镍270克/升、氯化镍65效升、硼酸50弥升、PAA光亮剂12毫升/升、MRI补 足剂0.712 ^/升。pH控制在4.1，电流密度为5安培/平方分米，电镀时间IO 分钟，所得金属膽基泡沫复合材料中金属的含量为0.35440效毫升。
实施例5
取实施例l中电镀铜后的样品，在铬镀液中进行电镀。电镀液配比为铬酸 200飾、硫酸1.8舰。电镀驗58。C、电流密度50安培/平方分米，电镀时 间5分钟，所得金属條基泡沬复合材料中金属的含量为弥毫升。
实施例3~5得到的金鹏基复合泡沫材料外观与图2相似，此处不再说明。
实施例6
与实施例1不同之处在于
本实施例泡沫碳坯料制备过程如下
a、 切割誠微的聚氨酯泡沫塑料(平均孔径2mm)备用；
b、 以重量比酚醛柳旨碳粉酒精=2 :5:i的比例配制料浆并球磨3小时;
c、 将泡沫塑料在b所得料浆中浸泡100秒，确保料浆和泡沫塑料充分接触， 然后取出，用压縮空气吹去多余料浆后烘干；
d、 重复c过程，直至达到所需要的重量；
e、热解，在氮气^M气^f呆护气氛下以5°C/min的速度升温至15(XTC，并 保温100颁，脱除聚氨酯泡沫塑料，得到泡沫碳坯料。本实施例中，泡沫碳的 结构^H纟tiiffl网络结构，孑L隙率为85。/。，平均孑L径2mm，密度为0.25克/毫升。
取泡沫碳加工成60mmX60 mmX13 mm的方形，并在上面机働B工出深 10mm、宽1.5證的槽，槽间距5mm。然后在铜镀液中电镀，發液配比和电镀条 件同实施例1,电镀时间60min，所得11 基泡沬复合材料中铜的含量为0.25^).27 弥毫升，获得的铜條基复合泡沫材料如图3所示。
如图4~图6所示，采用本发明的方法制备的多种微的金属膽基复合泡沫 材料。
权利要求
1、一种金属/碳基复合泡沫材料，其特征在于由泡沫碳和电镀于其表面的金属层构成，按重量百分比计，碳∶金属＝(20～90)∶(80～10)。
2、 按照权利要求1所述的金,基复合泡沫材料的制备方法，其特征在于采用泡沫塑料为基体制作泡沫碳坯料，将泡沫碳加工成型后，在泡沫碳上直接电镀金属层即可得到金属减基复合泡沫材料，具体包括如下步骤1) 泡沫碳坯料制备a、 切割^g皿的聚氨酯泡沫塑料备用；b、 以重量比酚醛树脂碳粉酒精=2 : (1 5) : (14)的比例配制料浆 并球磨1~3小时；c、 将泡沫塑料在b所得料浆中浸泡l(MOO秒，确保料浆和泡沫塑料充分接 触，然后取出，用压縮空气吹去多余料浆后烘干；d、 重复c过程，直至达到所需要的重量；e、 热解，在氮气g气等f，气氛下以2~5°C/min的皿升ffig 60CM500 。C，并保温l(MOO^H+，脱除聚氨酯泡沬塑料，得到泡沫碳坯料。2) 泡沫碳加工成型用车、铣、刨、磨等机加工以及线切割等方式将泡沫碳坯料加工成所需要的 形状和尺寸；3) 电镀以泡沫碳为基体，在其表面直接电齢属层，在泡沬麟架表面制备均匀连 续的金属层。
3、 按照权利要求2戶脱的金属膽基复合泡沫材料的制备方法，其特征在于: 电镀金属层为一层或两层甚至多层。
4、 按照权利要求2戶，的金属膽基复合泡沫材料的制备方法，，征在于: 电镀金属为铜、镍、铬或锌等单一金属以及可用于电镀的合金。
全文摘要
本发明涉及泡沫金属材料领域，具体为一种金属/碳基复合泡沫材料及其制备方法。采用泡沫塑料为基体制作泡沫碳坯料，将泡沫碳加工成型后，在泡沫碳上直接电镀金属层即可得到金属/碳基复合泡沫材料，由泡沫碳和电镀于其表面的金属层构成，按重量百分比计，碳∶金属＝(20～90)∶(80～10)。本发明用电镀方式在泡沫碳骨架表面制备均匀连续的金属层，在保持泡沫碳外形不变的前提下能大幅增强材料的韧性以及导热能力，从而得到一种新型的金属/碳基复合泡沫材料。本发明制备的金属/碳基复合泡沫材料不仅可以用作电子元件的散热器，又可以用于工业和民用换热器，还可作为电极、电子屏蔽、催化及催化剂载体材料，应用于汽车、化工、航空航天等行业。
文档编号C22C1/08GK101104893SQ20061004719
公开日2008年1月16日 申请日期2006年7月14日 优先权日2006年7月14日
发明者张劲松, 曹小明, 杨振明, 冲 田 申请人:中国科学院金属研究所