專利名稱：一種陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合粉體材料的制備技術(shù)，特別涉及一類陶瓷粉體與金屬銅粉復(fù) 合體材料的制備方法，屬于復(fù)合粉體材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
陶瓷顆粒由于其高硬度、高模量及其尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在材料設(shè)計中作為一種 增強(qiáng)相在金屬基、樹脂基復(fù)合材料方面都得到廣泛的應(yīng)用。單純陶瓷粉體或是金屬粉體已 形成巨大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，其粒徑從微米級發(fā)展到納米級范圍，但是陶瓷顆粒與所加入基體材料 體系之間潤濕性能差，嚴(yán)重制約陶瓷粉體材料的應(yīng)用。金屬陶瓷粉體體系在材料中的加入除了能改善陶瓷與基體的潤濕性外，還可以使 得整體材料既能實現(xiàn)陶瓷的高硬度、高模量及其尺寸穩(wěn)定性又能實現(xiàn)金屬良好的韌性和可 加工型，同時可以實現(xiàn)一些特殊的功能應(yīng)用，如作為一些散熱器件的封裝材料及極端摩擦 條件下的導(dǎo)電材料等，其應(yīng)用潛力還在繼續(xù)擴(kuò)大，在當(dāng)前的研究與應(yīng)用中仍然是一個熱門 的領(lǐng)域。中國發(fā)明專利(專利號為ZL200510029905. 2)介紹了一種SiC顆粒表面化學(xué)鍍銅 的方法，用硝酸對SiC進(jìn)行粗化處理，用鎢粉、雙氧水、無水乙醇、冰乙酸等配置溶膠，然后 超聲，干燥后用氫氣還原得到表面鍍銅的陶瓷顆粒；段志偉等在《材料保護(hù)》Vol. 40，No. 7 P45 P48，2007年發(fā)表的文章“納米SiC表面化學(xué)鍍銅研究”，介紹了在超聲下對50nm的 SiC進(jìn)行了化學(xué)鍍銅，首先用氫氟酸等對陶瓷顆粒預(yù)處理，然后用PdCl2等對其進(jìn)行敏化活 化處理，再用鹽酸溶液解膠，之后在專門的化學(xué)鍍液下進(jìn)行化學(xué)鍍銅。以上技術(shù)的不足是工序繁瑣、成本高而且制備的粉體質(zhì)量也不夠穩(wěn)定，很難實現(xiàn) 規(guī)?；a(chǎn)，隨著近代材料科技的發(fā)展，粉體材料的應(yīng)用需求達(dá)到了空前的高度，但現(xiàn)有市 場粉體原料供應(yīng)還多以單一的陶瓷粉體或單一的金屬粉體形式出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明的目的旨在提供一種陶瓷與金屬銅復(fù)合 粉體材料的制備方法，以簡單的工藝過程在常壓、低溫(小于100°c )下可實現(xiàn)規(guī)?；统?本地生產(chǎn)陶瓷與金屬銅復(fù)合材料粉體。本發(fā)明的上述目的，其實現(xiàn)的技術(shù)方案是一種陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料的制備方法，其特征在于包括步驟1、根據(jù)陶瓷 與金屬的成分比例稱取陶瓷粉體，加入到去離子水中，實施機(jī)械攪拌并水浴加熱至40 100°C，得到陶瓷在去離子水中的懸浮液A ；同時稱取銅鹽并量取氨水和去離子水，配置成 濃度0. lmol/L 0. 8mol/L的銅氨絡(luò)合離子溶液B ；II、將銅氨絡(luò)合離子溶液B加到溫度升 至90以上的懸浮液A中，持續(xù)水浴保溫的同時實施機(jī)械攪拌，得到銅氨絡(luò)合溶液與陶瓷粉 體的懸浮液C，待溫度保持至50 55°C之間后，加入與銅鹽含量相對應(yīng)的水合胼還原劑； III、將懸浮液C用去離子水反復(fù)洗滌、靜置，經(jīng)抽濾后再在150 400°C的真空烘箱中烘干。
進(jìn)一步地，前述一種陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料的制備方法，步驟I中所述陶瓷 粉體為微米或納米顆粒狀的碳化硅、碳化鈦、氮化硅、氮化鋁、氮化硼中的一種，其顆粒粒徑 為lOnm 300iim，所述陶瓷粉體與去離子水的質(zhì)量體積比為1 5g/ml 1 20g/ml。而 且步驟I中用于配置得到銅氨絡(luò)合離子溶液B的所述銅鹽為銅的無機(jī)鹽類水合物，至少包 括硫酸銅、硝酸銅或氯化銅的水合物中的一種或多種混合物。進(jìn)一步地，前述一種陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料的制備方法，步驟II中所加入的 水合胼還原劑與銅鹽的體積質(zhì)量比為0. 1 lml/g 0.35 lml/g。進(jìn)一步地，前述一種陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料的制備方法，步驟I和步驟II中 所需機(jī)械攪拌的速度為150r/min 800r/min。一種陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料，經(jīng)步驟I、步驟II及步驟III制備得到的陶瓷與 金屬銅復(fù)合包裹粉體中，金屬銅的顆粒粒徑為10 y m 280 y m,且離散分布于陶瓷顆粒表 面；或者金屬銅的顆粒粒徑為5nm 10 ym，且以一定厚度分布于陶瓷顆粒的外表面將其完
全包裹。本發(fā)明陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料制法的應(yīng)用，較之于現(xiàn)有技術(shù)其優(yōu)異性顯著， 具體來看1、使用的原材料價格相對低廉，所需設(shè)備簡單，工藝過程簡單易操作，整個工藝運(yùn) 行過程中的后續(xù)化學(xué)污水處理簡單，制備的復(fù)合粉體材料成本低。2、制備所得的陶瓷_金屬銅復(fù)合粉體材料既可作為金屬基復(fù)合材料、樹脂基復(fù)合 材料的增強(qiáng)相使用，也可以作為陶瓷基復(fù)合材料增韌相使用，從工藝角度來看，既可以用粉 末冶金工藝使用，也可以用液態(tài)攪拌等方法使用；制備的陶瓷_金屬復(fù)合粉體在粒徑上的 組合可以是微米_微米級，微米_納米級、納米_微米級或納米_納米級，從陶瓷與金屬銅 的成分比例上來看，復(fù)合粉體中金屬銅的含量可以從0 40%內(nèi)任意變化，為此可以極大 的滿足實際生產(chǎn)中的需要。3、本發(fā)明所制備的陶瓷_金屬復(fù)合粉體可以直接經(jīng)過氧化而得到陶瓷-金屬氧化 銅復(fù)合粉體材料，從而更加擴(kuò)大了該材料的應(yīng)用范圍。


圖1是由本發(fā)明方法制備所得的陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料實例一的SEM照片；圖2是由本發(fā)明方法制備所得的陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料實例二的SEM照片。
具體實施例方式本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)工序繁瑣、成本高而且制備的粉體質(zhì)量也不夠穩(wěn)定，很難 實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的不足。創(chuàng)新地提出了一種陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料的制備方法?？傮w 來看，該制備方法主要包括以下幾個步驟I、根據(jù)陶瓷與金屬成分比例稱取一定量的陶瓷粉體，加入到一定量的去離子水 中，實施機(jī)械攪拌并水浴加熱至一定溫度，從而得到陶瓷在去離子水中的懸浮液A ；同時稱 取一定量的銅的無機(jī)鹽類水合物，再量取適量的氨水和去離子水，配置成一定濃度的銅氨 絡(luò)合離子溶液B ；II、將銅氨絡(luò)合離子溶液B加入懸浮液A，水浴加熱，同時實施機(jī)械攪拌，得到銅氨
4絡(luò)合離子溶液與陶瓷粉體的懸浮液C，待加熱溫度至一定溫度后，緩慢加入水合胼等還原 劑，所需水合胼的量以加入的銅的無機(jī)鹽類水合物的量為依據(jù)；III、將懸浮液C反復(fù)洗滌、靜置，然后抽濾，再在150C 400°C的真空烘箱中烘干。上述總體概述的技術(shù)方案，進(jìn)一步細(xì)化有以下諸多優(yōu)選方案步驟I中陶瓷粉體種類有碳化硅、碳化鈦、氮化硅、氮化鋁等在100°C以下可以在 水中穩(wěn)定存在硬質(zhì)粉體顆粒，粒徑為3nm 300 y m任意可用。并且該陶瓷粉體與去離子水 的比例為lg陶瓷粉體需去離子水為5mL 20mL，即陶瓷粉體與去離子水的質(zhì)量體積比為 1 5g/ml 1 20g/ml。此外，步驟I中用于配置得到銅氨絡(luò)合離子溶液B的所述銅鹽為 銅的無機(jī)鹽類水合物，至少包括硫酸銅、硝酸銅或氯化銅的水合物中的一種或多種混合物； 所配置的銅氨絡(luò)合離子溶液B的濃度為0. lmol/L 0. 5mol/L。步驟II中所加入的水合胼還原劑與銅鹽的體積質(zhì)量比為0.1 lml/g 0.35 lml/g。而無論步驟I還是步驟II，其所用到的機(jī)械攪拌的速度可選范圍為150r/min 800r/min。機(jī)械攪拌裝置由電機(jī)帶動攪拌槳攪拌，攪拌漿的尺寸為攪拌實施過程中使用容 器底部直徑的四分之一。而經(jīng)步驟I、步驟II及步驟III制備得到的陶瓷與金屬銅復(fù)合包裹粉體中，金屬 銅的顆粒粒徑為10 y m 280 y m,且離散分布于陶瓷顆粒表面；或者金屬銅的顆粒粒徑為 5nm 10 y m，且以一定厚度分布于陶瓷顆粒的外表面將其完全包裹。以下通過多個實施例，具體介紹本發(fā)明制備方法的實施過程實施例一稱取平均粒徑為8 ii m碳化硅陶瓷粉體150g，量取去離子水900mL，將碳化硅置入 準(zhǔn)備好的去離子水中，在水浴槽中加熱并實施攪拌，得到懸浮液A，攪拌速度為200r/min ； 同時稱取五水合硫酸銅化學(xué)試劑125g，加入去離子水1800mL，待硫酸銅完全溶解在去離子 水后，再加入氨水160mL，得到0. 25mol/L的銅氨絡(luò)合離子溶液B ；待懸浮液A溫度升至90°C 后將銅氨絡(luò)合離子溶液B加入懸浮液A中，繼續(xù)水浴加熱，并實施機(jī)械攪拌，攪拌速度為 300r/min，待溫度升至50°C后開始以點(diǎn)滴形式加入水合胼40mL，溫度控制不超過60°C，待 水合胼加入完畢后繼續(xù)攪拌30min，然后靜置，將桶中上部清夜倒掉重新注入去離子水，如 此重復(fù)三次清洗作業(yè)，經(jīng)過抽濾、真空烘箱烘干即得金屬銅含量20%的微-納米碳化硅-銅 復(fù)合粉體。其SEM照片如圖1所示。實施例二稱取平均粒徑為28 iim氮化硅陶瓷粉體3kg，置于容積為60L的反應(yīng)釜中，同時 加入去離子水14L，水浴加熱并實施攪拌，得到懸浮液A，攪拌速度為550r/mmin ；稱取五水 合硫酸銅化學(xué)試劑3kg，加入去離子水36L，待硫酸銅完全溶解在去離子水后，再加入氨水 3. 1L，得到0. 33mol/L的銅氨絡(luò)合離子溶液B ；待懸浮液A溫度升至100°C后將銅氨絡(luò)合離 子溶液B加入懸浮液A中，繼續(xù)水浴加熱，并實施機(jī)械攪拌，攪拌速度為450r/min，待溫度升 至55°C后開始以直徑4mm的細(xì)管導(dǎo)入水合胼850mL，溫度控制不超過70°C，待水合胼加入完 畢后繼續(xù)攪拌50mmin，將反應(yīng)釜中懸浮液C放出，然后在水槽中靜置，將槽中上部清夜抽掉 重新注入去離子水，如此重復(fù)清洗三次，經(jīng)過抽濾、真空烘箱烘干；得到金屬銅含量30%的 微_微米氮化硅_銅復(fù)合粉體。其SEM照片如圖2所示。
實施例三稱取平均粒徑為50nm碳化硅陶瓷粉體80g，量取去離子水500mL，將碳化硅置入 準(zhǔn)備好的去離子水中，在水浴槽中加熱并實施攪拌，得到懸浮液A，攪拌速度為200r/min ； 同時稱取五水合硝酸銅化學(xué)試劑90g，加入去離子水800mL，待硫酸銅完全溶解在去離子水 后，再加入氨水60mL，得到0. 5mol/L的銅氨絡(luò)合離子溶液B ；待懸浮液A溫度升至90°C后 將銅氨絡(luò)合離子溶液B加入懸浮液A中，繼續(xù)水浴加熱，并實施機(jī)械攪拌，攪拌速度為600r/ min，待溫度升至53°C后開始以點(diǎn)滴形式加入水合胼20mL，溫度控制不超過65°C，待水合 胼加入完畢后繼續(xù)攪拌lOmmin，然后靜置，將桶中上部清夜倒掉重新注入去離子水，如此 重復(fù)三次清洗作業(yè)，經(jīng)過抽濾、真空烘箱烘干即得金屬銅含量20%的完全納米尺度的碳化 硅-銅復(fù)合粉體(未圖示)。本發(fā)明制法工藝的選材上具有多樣性，以上僅是本發(fā)明眾多具體應(yīng)用范例中的頗 具代表性的幾個實施例，對本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用同類原料的等效替 換或是相同原料比例上的差別，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料的制備方法，其特征在于包括步驟I、根據(jù)陶瓷與金屬的成分比例稱取陶瓷粉體，加入到去離子水中，實施機(jī)械攪拌并水浴加熱至40～100℃，得到陶瓷在去離子水中的懸浮液A；同時稱取銅鹽并量取氨水和去離子水，配置成濃度0.1mol/L～0.8mol/L的銅氨絡(luò)合離子溶液B；II、將銅氨絡(luò)合離子溶液B加到溫度升至90以上的懸浮液A中，持續(xù)水浴保溫的同時實施機(jī)械攪拌，得到銅氨絡(luò)合溶液與陶瓷粉體的懸浮液C，待溫度保持至50～55℃之間后，加入與銅鹽含量相對應(yīng)的水合肼還原劑；III、將懸浮液C用去離子水反復(fù)洗滌、靜置，經(jīng)抽濾后再在150～400℃的真空烘箱中烘干。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料的制備方法，其特征在于 步驟I中所述陶瓷粉體為微米或納米顆粒狀的碳化硅、碳化鈦、氮化硅、氮化鋁、氮化硼中 的一種，其顆粒粒徑為10nm 300 u m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料的制備方法，其特征在于 步驟I中所述陶瓷粉體與去離子水的質(zhì)量體積比為1 5g/ml 1 20g/ml。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料的制備方法，其特征在于 步驟I中用于配置得到銅氨絡(luò)合離子溶液B的所述銅鹽為銅的無機(jī)鹽類水合物，至少包括 硫酸銅、硝酸銅或氯化銅的水合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料的制備方法，其特征在于 步驟II中所加入的水合胼還原劑與銅鹽的體積質(zhì)量比為0.1 lml/g 0.35 lml/g。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料的制備方法，其特征在于 步驟I和步驟II中所需機(jī)械攪拌的速度為150r/mmin 800r/mmin。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料的制備方法，其特征在于 經(jīng)步驟I、步驟II及步驟III所制備的陶瓷與金屬銅復(fù)合包裹粉體中，金屬銅的顆粒粒徑為 10um~ 280um ；且離散分布于陶瓷顆粒表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料的制備方法，其特征在于 經(jīng)步驟I、步驟II及步驟III所制備的陶瓷與金屬銅復(fù)合包裹粉體中，金屬銅的顆粒粒徑為 5nm 10 y m ；且以一定厚度分布于陶瓷顆粒的外表而將其完全包裹。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種陶瓷與金屬銅復(fù)合粉體材料的制備方法，在液相中對微米級或者是納米級陶瓷粉體表面沉積或還原出金屬顆粒或是具有一定厚度的金屬薄層；其制備過程為I、稱取一定量的陶瓷粉體，分散在去離子水中，對其進(jìn)行機(jī)械攪拌、水浴加熱至一定的溫度，得體系A(chǔ)；同時稱取一定量的銅的無機(jī)鹽類水合物，并量取適量的氨水和去離子水，配置成一定濃度的銅氨絡(luò)合離子溶液B；II、將B加入A中，并繼續(xù)實施機(jī)械攪拌、水浴加熱，加熱至一定溫度后開始加入水合肼等強(qiáng)還原劑，直至得到陶瓷與金屬復(fù)合顆粒懸浮液C；III、再將懸浮液C抽濾、洗滌，并在真空烘箱中烘干。本發(fā)明制得的粉體產(chǎn)物不易團(tuán)聚，陶瓷與金屬成分比例及粒徑大小可控，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
文檔編號B22F9/24GK101892472SQ20101022414
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者劉寧, 徐坤元, 李清文, 石錦罡, 陳名海 申請人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所