專利名稱：一種銅包覆碳化硅復合材料及其制備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬亍包覆材料的制備和應用技術(shù)領域，特別是涉及納米銅微晶包覆微米 碳化硅顆粒復合材料。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外對多種納微米粉體、納微米復合材料薄膜(涂料)、納微米管等的研究 已經(jīng)取得-定進展，但是有關(guān)納微米復合材料尤其是納微米陶瓷復合材料性能方面的研究仍 在積極探索，需耍解決的困難之一是不同材料間的均勻分散性問題。因為納微米粉體所具有 的特殊性如高比表面積、高活性等使其更容易團聚，很難實現(xiàn)在納微米尺度范圍內(nèi)的顆粒間 的均勻分散，在陶瓷成型及燒結(jié)過程中，無法保證固相反應的均一性和顯微結(jié)構(gòu)的致性， 從而影響材料性能。
金屬陶瓷作為'種陶瓷-金屬復合材料既具有陶瓷材料的高強度、高硬度等優(yōu)點，又具有 金屬材料的韌性和可加工性，使其逐漸成為材料改性的有效方法之-一。而納微米尺度的金屬-陶瓷材料的混合同樣面臨上述的混合均勻性問題。因此，如何采用簡單的工藝方法，實現(xiàn)金 屬顆粒和納微米陶瓷顆粒之間的均勻分散，同時又具有較高的制粉效率是進行納微米金屬陶 瓷性能研究的關(guān)鍵。顆粒包覆則是理想的方法。隨著納微米技術(shù)和納微米材料的不斷深入研 究，顆粒包覆技術(shù)在納微米陶瓷制備和研究方面越來越成為開發(fā)探索的熱點。
銅基復合材料具有優(yōu)良的導熱性能、導電性能，可以應用于微電子學領域。Cu/SiC復合 粉體可以用于制備具有較高強度和較高耐磨性的摩擦材料而應用于汽車、航空航天領域；同 時，銅包覆的SiC復合粉體顆?？梢杂糜谠鰪夾l等金屬基體。通常采用的電鍍方法將Cu吸 附還原在片狀、板狀、纖維狀或較大顆粒尺寸的SiC基體上。而在納微米SiC顆粒表面上均 勻包覆Cu至今很少見有報道，請參見中國專利03116189.8， 2003-09-17,其中的原因在于 如何Cu的結(jié)晶形態(tài)、防止大尺寸Cu大顆粒出現(xiàn)并將較小Cu顆粒均勻、穩(wěn)定的沿納微米SiC 顆粒表面緊密、連續(xù)排列等因數(shù)是難以解決的技術(shù)關(guān)鍵。通常采用化學反應法如化學共沉淀 法、Sol-Gel方法等使不同的納微米陶瓷粉料進行有機混合——首先制備出混合材料的前驅(qū) 體，然后進行熱解、催化處理。而通常的金屬置換反應由亍反應速度過快，使被還原金屬團 聚成大顆粒，無法保證與納微米陶瓷相顆粒的分散。這些方法的缺陷十分明顯工藝復雜、 成本高，無法實現(xiàn)大量粉料的包覆實驗，從而影響后續(xù)納微米塊體材料性能研究所需的原料 供應，不利于推廣。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種簡單易行的工藝方法制備納米銅包覆微米碳化硅材 料。
本發(fā)明的特點就是選用高溫強度大、耐磨損性強、熱穩(wěn)定性好、熱導率大、導電性能好 的微米碳化硅顆粒作為起始粉料，利用氧化還原反應，通過非均相沉淀方法，將銅均勻、致 密地包覆在微米碳化硅顆粒表面，從而制得具有多種用途的納米銅包覆微米碳化硅復合粉體 顆粒。
本發(fā)明采用的包覆方法主要包括以下四個步驟-
一、 原材料
1、 選用工業(yè)生產(chǎn)的10-200微米碳化硅粉體顆粒。
2、 通過氧化還原反應獲得金屬銅。具體反應過程為
CuSO,, + 4NH3 . H20 = [Cu(NH3)4]S04 + 4H20 (1) N晶 H20 + 2[Cu(NH3)4]2'— 2Cu I + N2 t + 4NH:, f + H20 + 4NH/ (2)
二、 反應溶液及懸濁液制備
1、 微米碳化硅懸濁液制備將微米碳化硅在分散劑的作用下制備成懸濁液。
2、 反應液的制備硫酸銅水溶液。 二、包覆過程
將過量氨水加入硫酸銅水溶液中，將混合液加入一定溫度的微米碳化硅懸濁液中，攪拌混 合均勻，再加入一定量水合肼，開始非均相沉淀過程，反應中得到的銅顆粒沉降到微米碳化 硅表面，通過攪拌使每個碳化硅顆粒的表面都被銅顆粒包覆，得到納米銅包覆微米碳化硅復 合粉體。
四、包覆顆粒的干燥
采用真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)設備對包覆復合顆粒進行干燥。這種方法可以保持顆粒的原始狀態(tài)，有 效避免顆粒的團聚。
本發(fā)明的包覆方法適合制備大量包覆粉體，與傳統(tǒng)的氣相沉積方法或溶膠凝膠方法相比 具有明顯的優(yōu)勢，簡單易行，易于推廣應用；銅和碳化硅粉料作為復合粉體的主要材料，導 電，導熱性好，高溫強度好；作為增強材料，能有效改善鋁基復合材料的綜合性能。
具體實施方式
實施例1
選用工業(yè)生產(chǎn)的超細碳化硅粉體，按銅和碳化硅質(zhì)量分數(shù)比為3.5: 10制備以碳化硅為 基體的微米復合粉體顆粒。具體制備步驟為..(1)在反應瓶中加入27.5 g SiC， 300ml水和lg 聚乙烯吡咯烷酮(PVP),恒溫水浴85'C中攪拌制得懸濁液；在700ml水中加入37. 5g CuS04 "5HA 溶解后加入45ml NH3 1120(25%),混合均勻；再將上述混合液加入懸濁液中。(2)待水浴溫度 再次恒定在85'C時候，在大約30分鐘內(nèi)分次加入30ml水合肼，開始非均相沉淀過程，保溫 l小時。(3)洗滌、過濾、干燥，得到Cu/SiC復合粉體。
實施例2
選用工業(yè)生產(chǎn)的超細碳化硅粉體，按銅和碳化硅質(zhì)量分數(shù)比為2: IO制備以碳化硅為基
體的微米復合粉體顆粒。具體制備步驟為(1)在反應瓶中加入32.5gSiC， 300ml水和lg吐 溫-80，恒溫水浴8(TC中攪拌制得懸濁液；在700ml水中加入37. 5g CuS04 5H20，溶解后加入 45ml NHrH20(25X),混合均勻；再將上述混合液加入懸濁液中。(2)待水浴溫度再次恒定在 8(TC時候，在大約30分鐘內(nèi)分次加入30ml水合肼，開始非均相沉淀過程，保溫1小時。(3) 洗滌、過濾、T燥，得到Cu/SiC復合粉體。
權(quán)利要求
1. 一種納米銅包裹微米碳化硅顆粒的復合粉末生產(chǎn)方法，其特征在于，首先將過量氨水加入硫酸銅水溶液中，再將混合液加入一定水浴溫度的微米碳化硅與分散劑的懸濁液中，攪拌混合均勻，再加入水合肼，開始非均相沉淀反應，保溫1小時后，過濾洗滌，干燥，得到銅包覆碳化硅粉末。
2. 如權(quán)利要求1所述的納米銅包裹微米碳化硅顆粒的復合粉末生產(chǎn)方法，其特征在于，銅 與碳化硅的質(zhì)量比為1:10 4:10。
3. 如權(quán)利要求1所述的納米銅包裹微米碳化硅顆粒的復合粉末生產(chǎn)方法，其特征在于，采 用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或吐溫-80作為分散劑。
4. 如權(quán)利要求1所述的納米銅包裹微米碳化硅顆粒的復合粉末生產(chǎn)方法，其特征在于，水 浴溫度為50-90'C。
5. 如權(quán)利要求1所述的納米銅包裹微米碳化硅顆粒的復合粉末生產(chǎn)方法，其特征在于、采 用真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)對包覆粉末進行干燥。
全文摘要
本發(fā)明屬于包覆材料領域，特別是涉及銅包覆碳化硅復合材料。利用氧化還原反應原理通過非均相沉淀方法，將銅均勻、致密地包覆在微米碳化硅顆粒表面，從而制得具有多種用途的納米銅包覆微米碳化硅復合粉體顆粒。該法制備出的此種材料具有優(yōu)越的導電，導熱性，高溫強度好，與金屬基體具有良好的潤濕性，應用前景好。
文檔編號C04B35/565GK101439973SQ20081014795
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者立 廖, 汪玉潔, 均 王, 謝克難, 賴雪飛, 沁 龍 申請人:四川大學