泡沫銅型材的製備工藝的製作方法

2023-10-11 06:43:29 2

專利名稱：泡沫銅型材的製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於材料加工領域的泡沫材料製備工藝，特別涉及一種泡沫銅型材的製備工藝。
背景技術：
泡沫銅是一種具有滲透性好、孔徑和孔隙可控、形狀穩定、耐高溫、抗熱震、能再生、可加工、表觀密度低、透過性高、應力集中小、比力學性能高等等特殊性能。作為減震器、 緩衝器、吸能器、過濾器、液體透過器、催化劑載體、多孔金屬電極的重要構件，可廣泛應用於汽車工業、建築業、化工、電化學工業、航天工業、軍事工業等行業。傳統泡沫銅的製備方法包括粉末燒結、纖維燒結、鑄造法、沉積法，這些方法製備的產品尺寸小、孔隙均勻性差、 生產效率低、成本高，而且無法生產較長長度的各種形狀的型材，因而嚴重地制約了泡沫銅的生產和應用。若能研發一種圓形、方型、工字型、扁形等各種形狀泡沫銅型材的高效率製備工藝，將極大的推進泡沫銅的產業化應用，具有重要的經濟和社會效益。根據發明人所進行的資料檢索，相關專利引述如下
1.CN101186982A發明了一種通孔泡沫銅的製備方法，該方法採用較低熔點的鋁金屬球燒結體為前驅體、較高熔點的銅或銅合金為滲流體，採用滲流方法實現通孔泡沫銅的製備。2. CN101781724A發明了一種採用配合物製備超細泡沫銅的方法，該方法通過腐蝕液對銅進行普通化學腐蝕獲得超細泡沫銅。3.CN101608271A發明了一種通孔泡沫銅的製備方法，該方法是以電解銅粉和 NaCl顆粒為原材料，採用燒結-脫溶技術製備通孔泡沫銅。4. CN1552950A發明了一種常快速生產泡沫銅工藝，該工藝採用聚氨酯泡沫棉作為基體，通過表面處理及化學處理後，直接實施化學鍍銅，再經過電鍍銅加厚形成半成品，再經過去除泡沫棉、氫還原熱處理後得到多孔泡沫銅材料。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術之不足，提供一種孔隙均勻性好、生產效率高、長度和形狀幾乎不受限制的泡沫銅型材製備工藝，以克服傳統生產工藝存在的諸多缺限。本發明的基本原理如下
由於氫在液態銅中的溶解度是5. lmg/100g，而在固態銅中溶解度僅為1.9mg/100g， 兩者相差2. 68倍，因此在銅熔液中溶解的大量氫將在凝固過程中以氣泡形式析出，在連鑄時，隨著牽引杆的抽拉，銅熔液流經結晶器時不斷凝固，同時也在內部析出大量氫氣泡，構成泡沫銅，凝固的泡沫銅持續地被牽引杆拉走，後續的泡沫銅在流出現結晶器時持續形成， 從而製備出長度很長，截面形狀與結晶器過流口相同的泡沫銅型材。本發明泡沫銅型材的製備工藝，在氫氣氣氛中通過連鑄的方法獲得內部具有大量氫氣孔的泡沫銅型材，其特徵在於包括以下步驟
(1)把純度>99%的銅料放入高壓爐內的熔煉坩堝，鎖緊高壓爐；(2)對高壓爐抽真空，使爐內壓力<1.OPa ；
(3)加熱熔煉坩堝熔化銅料；
(4)向高壓爐充入氫氣；
(5)保溫使氫氣在高溫下溶解到銅熔液中；
(6)把銅熔液倒入高壓爐內的電阻加熱的連鑄坩堝內；
(7)持續抽拉牽引杆，使銅熔液流經結晶器，即拉制出與結晶器過流口形狀一致的泡沫銅型材。所說的步驟(4)充入氫氣達到壓力0. 2 2MPa。所說的步驟(5)銅熔液保溫溫度為1350 1550°C，保溫時間為10 60min。所說的步驟(6)連鑄坩堝加熱溫度為1200 1400°C。所說的步驟(7)牽引杆的抽拉速率為10 50mm/min。和現有技術相比，本發明具有以下有益效果
1.該工藝利用氫在液態銅和固態銅中的溶解度顯著差異，用連鑄的方法來製備泡沫銅，氣孔分布均勻，生產效率很高，工藝可控性強，操作簡單。2.該工藝只要改變結晶器過流口的形狀，即可以直接做成各種截面形狀的泡沫銅型材。


圖1是泡沫銅型材製備工藝原理示意圖。圖2是本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式下面通過實施例並結合附圖對本發明作進一步詳細說明，但本發明不限於這些實例，保護範圍以權利要求為準。實施例1 製備直徑30mm的泡沫銅棒材，具體步驟如下
1.把純度>99%的銅料放入高壓爐(1)內的熔煉坩堝(2)，鎖緊高壓爐(1)；
2.對高壓爐(1)抽真空，使爐內壓力<1.01 ；
3.加熱熔煉坩堝(2)熔化銅料；
4.向高壓爐(1)充入氫氣至高壓爐(1)內壓力0.2MPa ；
5.1450°C下保溫 60min ；
6.連鑄坩堝(3)加熱到1300°C，把銅熔液倒入連鑄坩堝(3)內；
7.以30mm/min的速率持續抽拉牽引杆(4)，使銅熔液流經結晶器(5)的直徑為30mm的圓形過流口，即拉制出直徑為30mm的圓形泡沫銅棒材。實施例2 製備寬50mm、厚5mm的泡沫銅板材，具體步驟如下
1.把純度>99%的銅料放入高壓爐(1)內的熔煉坩堝(2)，鎖緊高壓爐(1)；
2.對高壓爐(1)抽真空，使爐內壓力<1.01 ；
3.加熱熔煉坩堝(2)熔化銅料；
4.向高壓爐(1)充入氫氣至高壓爐(1)內壓力2MPa;
5.1350°C下保溫 60min ；
6.連鑄坩堝(3)加熱到1200°C，把銅熔液倒入連鑄坩堝(3)內；
7.以lOmm/min的速率持續抽拉牽引杆(4)，使銅熔液流經結晶器(5)的開口尺寸為 50X5mm的過流口，即拉制出截面為50mm、厚5mm的泡沫銅板材。實施例3 製備寬50mm、厚5mm的泡沫銅板材，具體步驟如下
1.把純度>99%的銅料放入高壓爐(1)內的熔煉坩堝(2)，鎖緊高壓爐(1)；
2.對高壓爐(1)抽真空，使爐內壓力<1.01 ；
3.加熱熔煉坩堝(2)熔化銅料；
4.向高壓爐(1)充入氫氣至高壓爐(1)內壓力l.OMPa;
5.1400°C下保溫 60min ；
6.連鑄坩堝(3)加熱到1300°C，把銅熔液倒入連鑄坩堝(3)內；
7.以50mm/min的速率持續抽拉牽引杆(4)，使銅熔液流經結晶器(5)的開口尺寸為 50X5mm的過流口，即拉制出截面寬50mm、厚5mm的泡沫銅板材。實施例4 製備外徑為25mm、內徑20 mm泡沫銅管材，具體步驟如下
和實施例3的情況基本上相同，只是本實施例製備的是泡沫銅管材，其結晶器(5)的過流口為內芯尺寸20mm的管型過流口，其製備條件和實施例3的情況相同。
權利要求
1.泡沫銅型材的製備工藝，在氫氣氣氛中通過連鑄的方法獲得內部具有大量氫氣孔的泡沫銅型材，其特徵在於包括以下步驟(1)把純度>99%的銅料放入高壓爐內的熔煉坩堝，鎖緊高壓爐；(2)對高壓爐抽真空，使爐內壓力<1.OPa ；(3)加熱熔煉坩堝熔化銅料；(4)向高壓爐充入氫氣；(5)保溫使氫氣在高溫下溶解到銅熔液中；(6)把銅熔液倒入高壓爐內的電阻加熱的連鑄坩堝內；(7)持續抽拉牽引杆，使銅熔液流經結晶器，即拉制出與結晶器過流口形狀一致的泡沫銅型材。
2.根據權利要求1的製備工藝，其特徵在於所說的步驟(4)充入氫氣達到壓力0.2 2MPa。
3.根據權利要求1的製備工藝，其特徵在於所說的步驟(5)銅熔液保溫溫度為 1350 1550°C，保溫時間為10 60min。
4.根據權利要求1的製備工藝，其特徵在於所說的步驟(6)連鑄坩堝加熱溫度為 1200 1400°C。
5.根據權利要求1的製備工藝，其特徵在於所說的步驟(7)牽引杆的抽拉速率為 10 50mm/mino
全文摘要
本發明提出了一種泡沫銅型材的製備工藝。本發明工藝在密封良好且耐高壓的爐體內，對爐體抽真空，用熔煉坩堝熔化銅，通入氫氣，使銅熔液中溶解大量氫氣，然後把銅熔液澆入連鑄坩堝，連鑄坩堝內的銅熔液通過連鑄結晶器後凝固成與結晶器過流口形狀一致的型材，由於氫氣在液態銅中的溶解度遠大於固態銅中溶解度，因此銅凝固過程中氫氣以氣泡形式析出，獲得的銅型材內部具有大量氫氣泡，構成了泡沫銅型材。使用本發明工藝製備泡沫銅型材具有氣孔分布均勻、型材的形狀不限、長度長、生產效率高等特點，可廣泛應用於軍事工業、航天工業、汽車工業、建築業等。
文檔編號B22D11/04GK102443715SQ201110116539
公開日2012年5月9日 申請日期2011年5月6日 優先權日2011年5月6日
發明者周榮, 岑啟宏, 蔣業華, 金青林, 黎振華 申請人:昆明理工大學