专利名称：一种通孔泡沫铜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种禾佣不同金属的熔点差，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5鹏 L泡沫铜的制备方法。属于多孔泡沫 金属材料领域。
背景技术：
通孔泡沫铜具有高比表面、吸音、隔热、渗透、过滤、倉遣吸收，性，在催化、 化工、能源、热能、环保、噪音控制、缓冲廳等领域都有巨大的市场潜力。
目前，公知的通 L泡沫铜的制备方法主要是渗流铸造法和电沉积烧结法，这两种制备方法都 存在工艺复杂、成本高的不足，而且都采用了泡沫塑料(如聚氨酯)、或NaCl为前躯体，在成孔 过程中(或后)通过加 泡沫塑料燃烧去除(或将NaCl用水溶除)，易造成环境污染。
发明内容
本发明针对目前通 L泡沫铜制M术存在的不足，发明一种利用不同金属的熔点
差，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 制备通孔泡沫铜的方法，该方法具有工艺简单、低成本、孔结构可控、材料可循环利用、不污染
环境的特点，可实mx业化生产。
本发明通孔泡沫铜的制备方法技术方案将不同大小的前驱体金属铝球按孔结构需要进对m
料混配，在放置到混料机内混合均匀，之后进行敝理并压制，再放至l條结炉中，在氩气f緣下 进行烧结，获得具有一定强度的烧结体即渗流前驱体，将烧结的渗流前驱体预热到一定温度，把 铜或铜合金加热m后，舰压力渗流的方法决速渗入到具有一定预m度的渗流前驱体中，冷 却得至,或铜合金与前驱体金属铝球的复合体，将此复合体再加热到高于铝的熔点、低于铜或铜 合金熔点的温度，使前驱体金属铝从复合体中熔除，熔除的铝可回收循环使用，乘除的高熔点金 属骨lg7令却后，即^ffi孔泡沫铜或通孔泡沫铜合金。
制备工艺和方法是
(1)前驱体选料前驱体金属球采用纯铝制作，前驱体金属铝大球直径1 5咖，前驱体金 属铝小球直径0.1 0.5mm，采用大球、小球各一种，大小球的#^只比根据需要的孔隙率、孑L径确 定，大小金属铝球按体积比3 11:1进行混料；
(2) 前驱体混料将混合好的金属铝球放到混料机中混合，混料机自在50 300rpm范围， 混合时间为10 70min.，金属铝球混料充分后获得理想密堆结构；
(3) 酸处理将金属铝球混合料用酸浓度O. 5 10vol. %的氢氟酸或盐^7jC溶液浸泡10 lOOmin.;
(4) 压制将经酸处理过金属铝球混合料在压力机上用5MPa 50MPa的压力压制；
(5) 烧结压制后的金属铝嫩昆合料放至鹏结炉中，控制烧结離为30(TC 62(rC，在氩 气^^气体保护下烧结10 100min.，获得具有一定强度的烧结渗流前驱体；
(6) 前驱体预热将前驱体加热至U300。C 62(TC预热，预热时间5 100min.;
(7) 基体金属燃七基体金属选用铜或铜合金，燃七驢高于基体金属熔点驗50。C 300°C，保温时间20 100rnin.;
(8) 压力渗流控制難金属鹏低于上述基体金属;(^f七鹏i(rc i5。c、渗舰力为
5MPa 50MPa，以l 10mm/s的渗、鹏度将基体金属压入预热的前驱体中，渗流后得到的复合体用 水用舰
(9)前驱体熔除将复合体放加热plj750。C 900。C,保温10 100min.，让前驱体铝从复合体 中熔除，熔除的铝回收再利用，剩余的高熔点金属骨架冷却后，即获得通 L泡沫铜或通 L泡沫铜
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上述工艺选料时采用大球、小球金属铝球各一种，大小球的体积比应依据需要的孔隙率、孔 径确定，金属铝球混料充分后获得理想的密堆结构，此结构渗流复模后即为泡沫铜的结构。
金属铝球混合料经,理，让其表面氧tt^软化，压制、烧结时易形成金属间的结合，保证 烧结质量。
将压力渗流后获得的复合体加热到铝的熔点以上、铜或铜合金的熔点以下的温度范围内，并 保温一定时间，熔除前驱体金属铝，熔除后的铝回收循环利用。
复合体冷却最好采用7jC冷，先驱体熔除后的冷却最好采用空冷。
工作原應前驱体选用较低熔点的金属铝球，基体金属选用较高熔点的铜或铜合金。利用前驱 体金属和基体金属熔点的不同，采用较低熔点的铝球烧结体为前驱体，较高熔点的铜或铜合金为
渗流体，通过—次渗流复模的方法，制备通孔泡沫铜。
先把不同大小的前驱体金属铝球，按 L结构要微行配料，采用大球、小球各一种，大小球 的体积比根据需要的孔隙率、孑L径确定，让金属铝球在混料机中混合充分均匀后，获得理想的密 堆结构，该理想密堆结构在渗流复模后，即呈为泡沫铜的结构。
金属铝球混合均匀后，用一定浓度的氢氟酸或盐m/K溶液中进行酸处理，使金属铝 面氧 化膜软化，再用压力机压制金属铝球，随后放至鹏结炉中，在氩气保护下进行烧结，获得具有一 定强度的烧结体(即渗流前驱体)，将此烧结的渗流前驱体预热至U—定皿备用。
将基体金属铜或铜合金加热m后， 常规压力渗 置，用压力渗流方式快速渗入到预 热好的渗流前驱体中，冷却后得到铜或铜合金与前驱体金属铝球的复合体，将该复合体再加热到 高于铝的熔点、但低于铜或铜合金熔点的温度，让前驱体金属铝球从复合体中熔除，熔除的铝可 回收循环《顿，乘除的高熔点金属铜或铜合錄架冷却后，即获得通孔泡沫铜或通孔泡沫铜合金， 铜或铜合金泡沫的结构就是选料时按 L结构要求设置的理想密堆结构。
带蓝工^f牛前驱体金属铝大球直径1 5咖，前驱体金属铝小球直径O. 1 0.5咖，大小球体 积比3 11:1;金属铝球混合50 300卬m，混合时间10~70min.;酸处理氢氟酸或 盐酸水溶液，酸浓度0.5~10vol.%，处理时间10 100min.;压制条件压力5 50MPa;金属铝 球烧结烧结離300 620°C，烧结时间10~180min.，保护气氛氩气；前驱体预热预 热鹏300~620°C，预热时间5 100min.;難金属铜或铜合金；基体金属;)^f七靴温
度高于,金属熔点50 300。C，保温时间20 100min.;压力渗流工艺压力5 50MPa， 温度低于上述基体金属j^七状态的温度10 15。C，滲^3I度1 10mm/s，渗流后的复合体冷却 水冷；先驱体熔除温度750 900°C，时间10~100min.，熔除后的冷却空冷。制备的泡沫 铜技术指标为通孔，孔隙率80 98%，孔径范围0.1 5ram。 本发明具有以下优点和积极效果
(1) 具有工艺简单、低成本、孑L结构可控、材料可循环利用、不污染环境的特点。
(2) 设备剝牛简单，能实现规模化生产。
图l是本发明的工艺流程图。
具体实li^式设备选用常规的混料机、压力机、烧结炉、石墨坩埚、感应加热炉、电阻力口 热炉和常规压力渗流装置；保护气体选用氩气。 实施例l:
将金属铝球(大球直径2mm、小球直径0.3mm，大小球体积比5:1)，在转速为120rpm混料机内 混合30min.，混合均匀后用lvol.。/。氢氟酸或盐酸水溶液处理15min.，再在压力机上用30MPa的压力 压制，随后放入氩气保护的烧结炉中在进行烧结(烧结MS为60(TC，烧结时间25min.)，烧结后 获得铝球渗流前驱体，将此烧结铝渗流前驱体预热备用(预热鹏620。C，预热时间5min.)。同时， 纯铜在石墨坩锅中感应加热到1133。C;t^f七、保温20min，后进行压力渗流(渗流压力15MPa，渗 流mS: 1123"，激 度4mm/s)，渗流后的复合体水却得至,和铝前驱体的复合体，将此 复合体进行加热熔除铝(加热温度85(TC，熔除时间25min.)，空冷后得到孔隙率89%、 ？L径范围 0. 3 2mm的泡沫纯铜。
实施例2:
铝球(大球直径l咖、小球直径O. lmm，大小球体积比3:1)在混料机内混合均匀(转速300rpm， 混合时间lOmin.)，穀理(0. 5vol. W氢氟酸或盐m7jC溶液处理100min.)后用50MPa压力压制， 方iCA氩气保护的烧结炉中烧结(烧结温度620°C，烧结时间10min.)，获得铝渗流前驱体，将烧 结的铝渗流前驱体预热(预热鹏580°C，预热时间10min)备用。同时，80黄铜(H80)在石墨 埘锅中感应加热到1000。C靴、保温30min.后进行压力渗流(渗流压力50MPa，渗流#^: 985°C， 渗M度10mra/s)，渗流后的复合体水却得到铜合金和铝前驱体的复合体，将此复合体进行加热 熔除铝(加m^: 900°C，熔除时间10min.)，空冷后得至1』孔隙率98%、孑L径范围O. 1 1咖的H80 合金泡沫。
实施例3:
铝球(大球直径5mm、小球直径O. 5mm，大小球体积比l 1:1)在混料机内混合均匀(转速50rpm， 混合时间70min.)，酸处理(10volJ氢氟酸或盐^7jC溶液处理10min.)后用5MPa压力压制，放 入氩气^^的烧结炉中烧结(烧结驢30(TC，烧结时间100min.)后获得铝渗流前驱体，将烧
结的铝渗流前驱体预热(预热 : 300°C，预热时间100min.)备用。同时，68黄铜(H68)在石 墨柑锅中感应加热像f七(加热温度1070。C，保温时间100min.)后进行压力渗流(渗流压力5MPa， 渗流TOj度1060°C，渗皿度l咖/s)，渗流后的复合体水却得到铜合金与前驱体金属铝球的 复合体，将此复合体进行加热熔除铝(加热，750°C，熔除时间100min.),空冷后得到孔隙率 80%、孑L径范围O. 5 5irai的H68合金泡沫。
权利要求
1.一种通孔泡沫铜的制备方法，其特征在于将不同大小的前驱体金属铝球按孔结构需要进行选料混配，在放置到混料机内混合均匀，之后进行酸处理并压制，再放到烧结炉中，在氩气保护下进行烧结，获得具有一定强度的烧结体，即渗流前驱体，将烧结的渗流前驱体预热到一定温度，把铜或铜合金加热熔化后，通过压力渗流的方法快速渗入到具有一定预热温度的渗流前驱体中，冷却得到铜或铜合金与前驱体金属铝球的复合体，将此复合体再加热到高于铝的熔点、低于铜或铜合金熔点的温度，使前驱体金属铝从复合体中熔除，熔除的铝可回收循环使用，剩余的高熔点金属骨架冷却后，即是通孔泡沫铜或通孔泡沫铜合金。
2.根据权利要求l戶腿的通孔泡沫铜的制备方法，其特征是(1) 前驱体选料前驱体金属球采用纯铝制作，前驱体金属铝大球直径l 5mm，前5区体金 属铝小球直径O. 1 0. 5mm，采用大球、小球各一种，大小球的体积比根据需要的孔隙率、孑L径确 定，大小金属铝球按体积比3 11:1进行混料；(2) 前驱体混料将混合好的金属铝球放到混料机中混合，混料机转速在50 300rpm范围， 混合时间为10 70min.，金属铝球混料充分后获得理想密堆结构；(3) 酸处理将金属铝球混合料用酸浓度0.5 10vol.y。的氢氟酸或盐酸水溶液浸泡10 100min;(4) 压制将经酸处理过金属铝球混合料在压力机上用5MPa 50MPa的压力压制；(5) 烧结压制后的金属铝嫩昆合料放至鹏结炉中，控制烧结鹏为300。C 620。C在氩 气保护气体保护下烧结10 100min.，获得具有一定强度的烧结渗流前驱体；(6) 前驱体预热将前驱体加热至300-620oC预热，预热时间5 100min;(7) ,金属m:基体金属选用铜或铜合金，溶化温度高于基体金属熔点，50 300oC，保温时间20 100rain;(8) 压力渗流控制,金属，低于上述基体金属溶化温度10-15oC。C、渗MJ1力为 5MPa 50MPa，以l 10ram/s的渗繊度将難金属压入预热的前驱体中，渗流后得到的复合体用 水用冷却；(9)前驱体熔除将复合体放加热到750-900oC,保温10 100min，让前驱体铝从复合体中熔除，熔除的铝回收再利用，剩余的高熔点金属骨架冷却后，即获得通 L泡沫铜或通 L泡沫铜 合全口龙。
3. 根据权利要求1或2所述的通 L泡沫铜的制备方法，其特征皿料时采用大球、小球金 属铝球各一种，大小球的^f只比应依据需要的孔隙率、孑L径确定，金属铝球混料充分后获得理想的密堆结构，此结构渗流复模后即为泡沫铜的结构。
4. 根据权利要求1或2戶脱的通孔泡沫铜的诺恪方法，其特征为金属铝球混合料经酸处理， 其表面氧化膜软化，压制、烧结时易形成金属间的结合，保证烧结质量。
5. 根据权利要求1或2所述的通孔泡沫铜的制备方法，其特征是将压力渗流后获得的复合体 加热到铝的熔点以上、铜或铜合金的熔点以下的温度范围内，并保温一定时间，熔除前驱体金属 铝，熔除后的铝回收循环利用。
6. 根据权利要求域2臓的通 L泡沫铜的制备方法，其特征是复合体冷却采用7jC冷，先驱体 熔除后的冷却采用空冷。
全文摘要
本发明是利用不同金属的熔点差，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方法。属于多孔泡沫金属材料领域。本发明通过前驱体选料、前驱体混料、酸处理、压制、烧结、前驱体预热、基体金属熔化、压力渗流和前驱体熔除9道工艺，实现通孔泡沫铜生产，其生产过程中使用的材料可循环利用，具有工艺简单、成本低、孔结构可控、不污染环境的特点，可实现工业化、规模化生产。
文档编号C22C1/08GK101186982SQ20071006639
公开日2008年5月28日 申请日期2007年11月27日 优先权日2007年11月27日
发明者芸 周, 左孝青, 王永胜, 陆建生 申请人:昆明理工大学