专利名称：一种块体微晶纳米晶铜的制备方法
技术领域：
本发明叙述了一种块体微晶纳米晶铜的制备方法。
背景技术：
纳米晶(平均晶粒尺寸小于100nm)微晶(平均晶粒尺寸介于100nm ltim) 材料具有优异的力学性能和物理性能，但块体纳米材料的低成本制备存在困难。
目前制备块体纳米材料的主要方法有高能球磨结合加压成形法、惰性气体蒸发原 位加压制备法、塑性变形法、电沉积法和非晶晶化法、高压高温固相淬火法、深 过冷直接晶化法、脉冲电流晶化法(M.A. Meyers, A.Mishra，D丄Benson-Mechanical properties of nanocrystalline materials. Progress in Materials Science 51 (2006)427-556),这些方法都存在制备工艺复杂、能耗高、成本高等问题，特 备是难以制备大尺寸的块体纳米材料，这严重地制约了微晶纳米晶材料的基础研 究和工业应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种块体微晶纳米晶铜的制备方法。 本发明采用燃烧合成熔化技术并联用激冷快速凝固技术制备了块体微晶纳
米晶金属Cu材料，这是一种低能耗、低成本、快速、所需设备简单并有放大潜
力的一种制备方法
技术领域：
本发明采用燃烧合成熔化技术同时联用快速凝固技术制备块体微晶纳米晶 Cu材料，该技术具有工艺简便，所需设备简单，成本低廉，生产周期短等特点， 特别是可制备较大尺寸的块体纳米材料。
本发明通过设计合成路线，利用铝热还原反应放出的高热量使反应产物熔 化，并使高温熔体自净化，并且根据产物间的密度差，迅速完成目标产物与杂质 的分离，从而得到高纯度的金属熔体，联用快速凝固技术制得块体微晶纳米晶 Cu材料，本方法可以一步合成产物并实现纳米化和致密化。燃烧合成制备的块 体微晶纳米晶Cu材料具有纯度高，晶粒尺寸小，材料具有各向同性等特点。
一种块体微晶纳米晶铜的制备方法，其特征在于该方法按照铝氧化铜铜的质量比为1: 4.42: 4.71 5.88称取反应物料，混合研磨，用40 60MPa的 压力将混合反应物料在金属模具中压为坯体；在反应坯体上部放置引燃剂压块， 将装有反应坯体的模具置于反应容器中，用氩气吹扫反应容器以排除其中的空 气，将反应物料坯体加热到210 23(TC，并在此温度保温20分钟以上，使从反 应物料表面脱附的气体完全排除，再通入4 8Mpa氩气，将物料坯体继续加热 到250 280。C，在此温度范围通过由高锰酸钾、铝粉以及硫粉组成的引燃剂自 发反应放出的热量引发反应物料的化学反应，燃烧反应在数秒内完成，待反应容 器冷却后取出材料，将表面副产物去除，得到块体微晶纳米晶铜材料。 本发明所说的引燃剂的加入量为总反应物料质量的3 5%。 本发明所说的引燃剂中高锰酸钾、铝粉、硫粉的质量比为2:1~1.5: 1。 本发明得到块体微晶纳米晶Cu材料，样品厚度方向大约6 8mm，而其它方 向不受限制。经X射线衍射技术表征，证明所制备的材料由单相面心立方铜构 成，无其他杂质相。经场发射扫描电镜、透射电镜等表征手段观察发现所制备材 料的晶粒尺寸为50 400nm，组织结构均匀；通过调整反应物的比例，晶粒尺寸 在一定范围内可控。
采用X射线萤光光谱技术测试所制备材料的化学成分；采用排水法测试所 制备材料的密度；硬度测定条件为载荷200 g，保压时间10s;压縮强度试样 尺寸为(D3mmx3mm，压头下移速度0.03mm/min。
块体微晶纳米晶Cu材料中铜含量大于98.5。/。；相对密度大于96%;维氏硬 度为0.9 1.2GPa，压縮屈服强度为300 380MPa。
具体实施例方式
实施例1:
按照铝氧化铜铜(质量比)为1: 4.42:4.71的配方称取原料粉末，反
应物料球磨8小时，用40MPa的压力将混合好的反应物料在金属模具中压为反 应坯体。在反应坯体上部放置引燃剂压块，将装有反应坯体的金属模具置于反应 容器中，用氩气吹洗反应容器以排除其中的空气，将反应物料坯体加热到210。C， 并在此温度保温20分钟。然后从容器中排出从反应物料表面脱附的气体，然后 通入5MPa氩气，将物料坯体继续加热到260。C，并在此温度下通过引燃剂自发 反应放出的热量引发反应物料的反应，反应将在数秒内完成。引燃剂含量占总反应物料质量百分含量的3%，其中高锰酸钾、铝粉、硫粉的质量比为2: (1~1.5): 1。反应完成后所制备的材料随反应容器冷却至室温，取出产物将表面杂质手工
去除，制得块体微晶纳米晶Cu材料。
实施例2:
按照铝氧化铜铜(质量比)为1: 4.42: 5.42的配方称取原料粉末，反
应物料球磨8小时，用50MPa的压力将混合好的反应物料在金属模具中压为反 应坯体。在反应坯体上部放置引燃剂压块，将装有反应坯体的金属模具置于反应 容器中，用氩气吹洗反应容器以排除其中的空气，将反应物料坯体加热到21(TC， 并在此温度保温20分钟。排出从反应物料表面脱附的气体，然后通入6MPa氩 气，将物料坯体继续加热到260'C，并在此温度下通过引燃剂自发反应放出的热 量引发反应物料的反应，反应将在数秒完成。引燃剂占总反应物料的质量百分含
量的4%，其中高锰酸钾、铝粉、硫粉的质量比为2: U 1.5): 1。反应完成后
所制备的材料随反应容器冷却至室温，取出产物将表面杂质手工去除，制得块体
微晶纳米晶Cu材料。
实施例3:
按照铝氧化铜铜(质量比)为1: 4.42: 5.88的配方称取原料粉末，反
应物料球磨8小时，用60MPa的压力将混合好的反应物料在金属模具中压为反 应坯体。在反应坯体上部放置引燃剂压块，将装有反应坯体的金属模具置于反应 容器中，用氩气吹洗反应容器以排除其中的空气，将反应物料坯体加热到210'C， 并在此温度保温20分钟。排出从反应物料表面脱附的气体，然后通入7MPa氩 气，将物料坯体继续加热到26(TC，并在此温度下通过引燃剂自发反应放出的热 量引发反应物料的反应，反应将在数秒完成。引燃剂占总反应物料的质量百分含
量的3.5%，其中高锰酸钾、铝粉、硫粉的质量比为2: (1-1.5): 1。反应完成
后所制备的材料随反应容器冷却至室温，取出产物将表面杂质手工去除，制得块 体微晶纳米晶Cu材料。
权利要求
1、一种块体微晶纳米晶铜的制备方法，其特征在于该方法按照铝氧化铜铜的质量比为14.424.71～5.88称取反应物料，混合研磨，用40～60MPa的压力将混合反应物料在金属模具中压为坯体；在反应坯体上部放置引燃剂压块，将装有反应坯体的模具置于反应容器中，用氩气吹扫反应容器以排除其中的空气，将反应物料坯体加热到210～230℃，并在此温度保温20分钟以上，使从反应物料表面脱附的气体完全排除，再通入4～8Mpa氩气，将物料坯体继续加热到250～280℃，在此温度范围通过由高锰酸钾、铝粉以及硫粉组成的引燃剂自发反应放出的热量引发反应物料的化学反应，燃烧反应在数秒内完成，待反应容器冷却后取出材料，将表面副产物去除，得到块体微晶纳米晶铜材料。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于引燃剂的加入量为总反应物料质 量的3 5%。
3、 如权利要求1所述的方法，其特征在于引燃剂中高锰酸钾、铝粉、硫粉 的质量比为2: 1-1.5: 1。
全文摘要
本发明公开了一种块体微晶纳米晶铜的制备方法。采用燃烧合成熔化技术和快速凝固技术联用的方法在250～280℃制备了块体微晶纳米晶铜，材料中铜含量大于98.5％；相对密度大于96％；维氏硬度为0.9～1.2GPa，压缩屈服强度为300～380MPa。
文档编号C22C1/05GK101469381SQ200710308589
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月25日 优先权日2007年12月25日
发明者刘维民, 李来军, 军 杨, 毕秦岭, 马吉强 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所