一種超細(xì)低氧含量銅球形粉末的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及適用于金屬3D打印、注射成型、導(dǎo)電漿料等領(lǐng)域的銅球形粉末的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]球形銅粉末能用于金屬3D打印、注射成型、導(dǎo)電漿料等領(lǐng)域。目前已有的銅球形粒子的制備方法有:基于液滴噴射凝固成球的有氣體霧化法和離心霧化法、水霧法、真空霧化法；電解法、物理蒸發(fā)冷凝法。霧化法是工業(yè)上主要采用的制備球形銅粉末的方法，其中采用較多的為氣霧化法和離心霧化法兩類。主要原理是將銅液態(tài)原料用高速氣流霧化、粉碎、形成微細(xì)液滴，在冷卻過程中通過表面張力，形成球形微粒子。霧化法的生產(chǎn)效率高，成本較低，但是其生產(chǎn)的微粒子粒徑分布范圍很大，必須經(jīng)過多次篩分才能得到所需粒徑的粒子，產(chǎn)品成品率不高，而且難以制備尺寸小于ΙΟμπι以下的銅粉末；此外，霧化法制備的微粒子球形度不高(常為類球形或水滴形顆粒)，存在熱誘導(dǎo)孔洞的顆粒。另外，惰性氣體的消耗量大，成本較高，氣體回收凈化技術(shù)難度大，不環(huán)保。
[0003]專利申請(qǐng)?zhí)朇N201410462791.X公布了一種微米和納米金屬球形粉末的制造方法，提出通過金屬液滴/碳材料或陶瓷材料界面(即:液/固界面)的方法制備微米、納米金屬球。該制備方法簡單，環(huán)境友好。但該專利對(duì)于超細(xì)、低氧含量球形銅粉末的制造工藝未具體涉及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，提供一種超細(xì)低氧含量銅球形粉末的制造方法。具體是利用銅氧化物粉末易碎的特點(diǎn)，首先制備超細(xì)銅氧化物粉末，通過在還原氣氛(氫氣、氨氣或一氧化碳等)中還原制備超細(xì)低氧含量的銅粉。利用高溫?zé)崽幚頃r(shí)，銅液滴在碳材料或在陶瓷材料固體界面不潤濕、不擴(kuò)散或少擴(kuò)散的性質(zhì)，在固液界面液滴的界面張力和液體的表面張力同時(shí)作用下，形成球形銅液滴，冷卻后獲得超細(xì)低氧含量銅球。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種銅球形粉末的制造方法，包括如下步驟:
[0006](I)提供超細(xì)銅氧化物粉末；
[0007](2)將超細(xì)銅氧化物粉末或超細(xì)純銅粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合；
[0008](3)將混合粉末在還原性氣氛(氫氣、氨氣、一氧化碳等)中加熱還原，隨后高溫?zé)崽幚硎广~熔融并冷卻凝固成銅球；
[0009](4)除掉碳材料粉末或陶瓷材料粉末獲得超細(xì)低氧含量銅球形粉末。
[0010]超細(xì)純銅粉是I μ m-15 μ m左右金屬銅粉末作為原料。
[0011]制備超細(xì)銅氧化物粉末方法為:1)將粗銅粉氧化成氧化銅或氧化亞銅，利用銅氧化物易碎的特點(diǎn)將其破碎成超細(xì)顆粒粉末；2)直接購買超細(xì)銅氧化物粉末。
[0012]碳材料粉末為石墨、石墨烯、金剛石、碳粉或煤粉以及它們二種或二種以上的混合物粉末；陶瓷材料粉末為碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷以及它們二種或二種以上的混合物粉末。
[0013]所述準(zhǔn)備好的銅氧化物粉末或超細(xì)銅粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的質(zhì)量比應(yīng)滿足碳粉或陶瓷材料粉末作為分散劑將銅氧化物或銅粉末充分分散隔開；所述銅氧化物或銅粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的混合粉末中，銅氧化物或銅粉末的質(zhì)量在銅氧化物或銅/碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合物中所占質(zhì)量比在0%到98%之間；所述碳材料粉末或陶瓷材料粉末可以是任意大小的尺寸，10納米-100微米粒徑的范圍更好；碳材料粉末或陶瓷材料粉末的形貌可以是片狀、球狀、線狀、管狀或其他形狀；將所述混合均勻的混合粉末在還原性氣氛(氫氣、氨氣或一氧化碳等)中加熱還原，還原溫度區(qū)間為200-1000°C。隨后高溫真空或氣氛熱處理，溫度達(dá)到或高于銅的熔點(diǎn)，優(yōu)選的溫度為高于銅熔點(diǎn)10?100°C;保溫時(shí)間:保證銅完全熔化并收縮成球，優(yōu)選時(shí)間為Imin?6min，短時(shí)保溫克服銅液滴與碳材料或陶瓷材料之間的相互擴(kuò)散；冷卻方式:1)快冷，讓銅凝固后的顆粒保持液態(tài)銅球的形狀，同時(shí)可以減少高溫下碳材料或陶瓷材料向銅顆粒的擴(kuò)散；2)快冷結(jié)合緩慢冷卻，快冷到熔點(diǎn)以下溫度后，再緩慢冷卻，獲到結(jié)晶度好、甚至單晶態(tài)的微米和納米銅球。還原溫度區(qū)間尤其為400-900°C。
[0014]將退火處理的銅/碳材料或陶瓷材料混合粉末中的碳材料粉末或陶瓷材料粉末除掉，獲得超細(xì)低氧含量銅球形粉末。清除方法包括:1)在液體(如:水或有機(jī)溶劑等)中浸泡后，利用銅與碳材料或與陶瓷材料大的密度差，超聲清洗，除掉碳材料粉末或陶瓷材料粉末，獲得銅球形粉末；2)在液體中浸泡后，采用離心、過濾的方法獲得銅球形粉末；3)利用銅顆粒與碳材料或與陶瓷材料的形狀、
[0015]大小不同，使用合適的篩子將二者分離。
[0016]本發(fā)明的有益效果，根據(jù)本發(fā)明，制備銅球的原理清晰，粉末顆粒球形度高，氧含量可低于10ppm以下，顆粒尺寸細(xì)小，分布窄，具有良好導(dǎo)熱和導(dǎo)電性。該工藝方法簡單，制造成本低，生產(chǎn)效率高，是一種簡單易行、環(huán)境友好、可規(guī)模化生產(chǎn)超細(xì)低氧含量銅球形粉末的制造方法。可以滿足在金屬3D打印、導(dǎo)電漿料、注射成型、等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。本發(fā)明制造超細(xì)低氧含量銅球形粉末的工藝方法簡單，制造成本低，生產(chǎn)效率高，是一種簡單易行、環(huán)境友好、可規(guī)?；a(chǎn)超細(xì)低氧含量銅球形粉末的制造方法。銅球的粒徑小，球形度高，含氧量可低于lOOppm，表面質(zhì)量好，無宏觀偏析，顯微組織一致性好，可以滿足在金屬3D打印、注射成型、導(dǎo)電漿料等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
【附圖說明】
[0017]圖1通過本發(fā)明用超細(xì)氧化銅粉末和400nm石墨混合得到的微米銅球的掃描電子顯微鏡照片；
[0018]圖2通過本發(fā)明用超細(xì)銅粉和石墨烯混合得到的微米銅球的掃描電子顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0019]將購買的粗銅粉氧化成氧化銅或氧化亞銅，利用銅氧化物易碎的特點(diǎn)將其機(jī)械研磨到更小的粒度，再將研磨好的粉末與碳材料粉末或陶瓷材料粉末均勻混合，此過程也可先混合再研磨，也可直接購買超細(xì)銅氧化物粉末或超細(xì)純銅粉末，然后與碳材料粉末或陶瓷材料粉末均勻混合；2)將混合粉末在還原性氣氛(氫氣、氨氣、一氧化碳等)中加熱還原，隨后在還原性氣氛中高溫?zé)崽幚斫档脱鹾坎⑹广~熔融并凝固成銅球；3)最后除掉碳材料粉末或陶瓷材料粉末即獲得超細(xì)低