铜基氧化铝纳米材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜基氧化铝纳米材料的制备方法。该制备方法包括：以硝酸铜和硝酸铝为原料，快速干燥制成前驱体粉末，在还原气氛下加热球磨制备得到铜基氧化铝纳米材料。本发明专利技术中原料的成本更加低廉，无需使用纳米级氧化铝颗粒作为强化相；快速干燥制备前驱体粉末可保证原料混合的均匀性；球磨和还原相结合可避免了先球磨后还原导致的晶体颗粒长大的问题；本发明专利技术缩短了工艺流程，可以经济、高效地制备得到性能更优越的铜基氧化铝纳米材料。得到性能更优越的铜基氧化铝纳米材料。得到性能更优越的铜基氧化铝纳米材料。

【技术实现步骤摘要】
铜基氧化铝纳米材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及铜基复合材料制备
，特别是涉及一种铜基氧化铝纳米材料的制备方法。

技术介绍

[0002]铜基复合材料(Copper matrix composites,CMCs)是在铜及其合金基体中加入合适的增强体，使其获得自身所不具备的性能。如铜在应用到集成电路的引线框架时要求其软化温度要超过800K，抗拉强度超过600MPa，同时导电率要达到5.2S/m，这对于单一铜或铜合金均难以满足要求，传统方法如添加合金元素，虽然提高了材料强度但牺牲了铜的热导率和电导率。CMCs的出现为高强度和高导电这两个矛盾的性能在铜基体中找到了新的平衡点，与合金化制备的铜合金材料相比，CMCs力学性能得到了显著的提高，同时铜基体导热和导电性也得以很好的保持。
[0003]增强相是决定铜基复合材料最终性能的关键组成部分，其尺寸大小、几何形状以及在基体中的分布方式都将对最终的复合材料性能产生影响。纳米增强相是指强化相材料在一个或多个三维尺寸上处于纳米尺寸，其增强的复合材料具有原组分所不具有的特殊性能和功能。目前使用的纳米增强相种类繁多，主要有陶瓷、金属、碳材料，按形状可分为颗粒、纤维、纳米片等。在众多类型的纳米增强相中，纳米颗粒成为铜基复合材料常用的强化相，常用的纳米颗粒主要有高强度、热稳定性好和高熔点的氧化物、碳化物和氮化物陶瓷颗粒。
[0004]《复合材料学报》第23卷，第四期，2006年8月，朱建华等“电铸nano
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Al2O3/Cu复合材料的组织与性能”，公开了采用复合电铸工艺，在硫酸铜电镀液中加入纳米氧化铝颗粒制备纳米颗粒弥散增强铜基复合材料。该方法主要缺点：1.需要使用纳米氧化铝颗粒作为添加剂；2.尽管搅拌后纳米氧化铝颗粒在电镀液中均匀分布，难以确保在电镀过程中氧化铝颗粒可以均匀附着在电镀铜箔上。
[0005]现有技术中，采用内氧化法制备铜基复合材料。内氧化法是在合金氧化过程中，氧溶解到合金相中，并在合金相中扩散，合金中较活泼的组元与氧反应，在合金内部生成氧化物颗粒，即稳定的陶瓷增强颗粒的过程。内氧化法目前主要包括压埋法、雾化法、流动气氛氧化法以及真空内氧化法等。其中，雾化法是制备Al2O3弥散强化铜最常用的一种。该方法的主要缺点：生产周期长、成本高，Al氧化反应所需的氧含量难以控制；难以保证铜基氧化铝材料的纯度。
[0006]现有技术中，采用机械合金化法制备复合材料。具体地，采用高能球磨机使铜粉与细小的Al2O3粒子混合、变形，直至形成合金固溶体，并使Al2O3均匀分布。该方法主要缺点：以铜粉与细小的Al2O3粒子为原料，该方法制备的材料晶粒尺寸较大。
[0007]中国申请CN111545203A公开了一种逆水煤气球型铜基氧化铝催化剂的制备方法，具体公开了：使用硝酸铜作为活性组分前驱体烘干；球形氧化铝粉末为催化剂载体，氮气吹扫后加入水中搅拌，使球形氧化铝粉末完全分散在水中；将弱碱与配制的硝酸铜溶液一并
倒入氧化铝中，搅拌加热反应；生成的氢氧化铜富集在球型氧化铝表面；快速冷冻、干燥、焙烧，最终得到球型铜基氧化铝负载型催化剂。该方法制备得到的并非铜基氧化铝粉末，而是氧化铜
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氧化铝粉末。
[0008]《机械工程材料》第35卷第1期2011年1月，肖广志等，“球磨时间和氧化铝含量对氧化铝弥散增强铜基复合材料组织与性能的影响”，公开了采用高能球磨法，以雾化铜粉和γ
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Al2O3粉为原料，在高能球磨机上进行球磨，球磨条件为转速270rpm，球磨气氛为空气，并加入3％的硬脂酸作为过程控制剂，球磨后将混合粉在400℃氢气中还原1h，可以得到铜基氧化铝粉末。该方法的缺点：球磨过程为空气，高能球磨过程中会造成雾化铜粉的氧化，造成铜粉颗粒长大，且需要进一步通过氢气还原被氧化的铜粉。
[0009]综上所述，现有技术存在的缺点主要表现为以下几方面：
[0010](1)制备铜基氧化铝纳米粉末需要使用纳米级的氧化铝颗粒；
[0011](2)氧化铝在铜基中分布不均；
[0012](3)工艺流程较长。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的在于提供一种工艺流程短、经济且高效的铜基氧化铝纳米材料的制备方法，以解决现有技术中需要使用纳米级氧化铝颗粒，氧化铝在铜基中分布不均匀，制备的纳米材料性能不高，工艺流程长的问题。
[0014]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：
[0015]本专利技术提供的一种铜基氧化铝纳米材料的制备方法，包括：以硝酸铜和硝酸铝为原料，按照铜基氧化铝纳米材料中Al2O3的质量分数为0.1～5wt％，配置硝酸铜和硝酸铝的比例；将配置好的硝酸铜和硝酸铝充分溶于水溶液中，得到硝酸盐溶液，采用喷雾干燥法将所述硝酸盐溶液制成干燥的前驱体粉末；对所述前驱体粉末进行球磨，球磨过程中加热，加热温度500～1000℃，且球磨过程中通入还原气体进行还原，得到铜基氧化铝纳米材料。
[0016]进一步地，得到的所述铜基氧化铝纳米材料为铜基氧化铝纳米粉末。
[0017]可选地，以分析纯硝酸铜晶体和分析纯硝酸铝晶体为原料。进一步地，以Cu(NO3)2·
3H2O和Cu(NO3)2·
6H2O中一种或两种，及Al(NO3)3·
9H2O为原料。
[0018]本专利技术中可以按照铜基氧化铝纳米粉末中Al2O3的质量分数为0.1～5wt％配置硝酸铜和硝酸铝的比例，例如Al2O3的质量分数为0.2wt％、0.5wt％、1.0wt％、1.5wt％、2.0wt％、2.5wt％、3.0wt％、4.0wt％。
[0019]优选地，可以按照铜基氧化铝纳米粉末中Al2O3的质量分数为0.7～1.5wt％，例如0.8wt％、0.9wt％、1.0wt％、1.2wt％、1.4wt％等。
[0020]可选地，采用喷雾干燥法进行干燥时，喷雾干燥温度为150～200℃。
[0021]可选地，所述还原气体可以为氢气或氨气。本专利技术球磨时，加热温度为500～1000℃，例如600℃、700℃、800℃、850℃、900℃。还原气体的通入量为保证前驱体中的氧化铜全部还原为金属铜即可，例如，可以为0.5～1.5L/min。
[0022]可选地，当还原气体为氨气时，加热温度为850～1000℃，例如，850℃、900℃、950℃等。
[0023]可选地，球磨时，转速为100～500rpm，例如150rpm、200rpm、250rpm、300rpm、
350rpm、400rpm、450rpm等。
[0024]可选地，球磨时，运行时间为1～20h，例如1h、2h、5h、8h、10h、12h、16h、18h等。
[0025]可选地，所述前驱体粉末放入加热通气球磨装置中进行球磨，所述加热通气球磨装置包括：壳体、位于壳体内的球磨罐和加热元件，其中，所述壳体上设有还原气体入口和尾气出口；所述球磨罐上设置有透气孔；所述加热元件位于球磨罐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜基氧化铝纳米材料的制备方法，其特征在于，包括：以硝酸铜和硝酸铝为原料，按照铜基氧化铝纳米材料中Al2O3的质量分数为0.1～5wt％，配置硝酸铜和硝酸铝的比例；将配置好的硝酸铜和硝酸铝充分溶于水溶液中，得到硝酸盐溶液，采用喷雾干燥法将所述硝酸盐溶液制成干燥的前驱体粉末；对所述前驱体粉末进行球磨，球磨过程中进行加热，加热温度500～1000℃，且球磨过程中通入还原气体进行还原，得到铜基氧化铝纳米材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以分析纯硝酸铜晶体和分析纯硝酸铝晶体为原料。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按照铜基氧化铝纳米粉末中Al2O3的质量分数为0.7～1.5wt％，配置硝酸铜和硝酸铝的比例。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，喷雾干燥温度为150～200℃。5.根据权利要求1所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：苟海鹏，陈学刚，裴忠冶，陈宋璇，姚亮，
申请(专利权)人：中国恩菲工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：