一種金屬銅粉及其制備方法與流程

本發明屬于金屬粉末冶金技術領域，具體是一種金屬銅粉及其制備方法。

背景技術：

近年來，隨著材料的技術的快速發展，在增材技術與金屬陶瓷材料方面，由于銅粉有小尺寸效應、表明界面效應等特征，從而使得銅粉具有較高的表面活性、良好的導電和導熱性能，市場對高品質銅粉的需求不斷上升，使金屬粉末廠家所廣泛關注的。

目前，高純銅粉的制備方法有很多，但主要以霧化法、電解法、機械粉碎法、還原法等等為主。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種方法流程短，成本低，銅粉粒度細，純度高，分散性好的簡單易行的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

先將預處理過的銅板在硝酸溶液中溶解，再過濾去雜質后用乙二醇溶液沉淀，接著將沉淀洗滌、烘燥，然后在氫氣還原氣氛下熱解，最后將還原產物破碎、過篩制得高純銅粉。

一種金屬銅粉，其特征在于，按質量百分比，包括以下組分：

Cu:65-75%；Co:25-35%；

粒度：270-325目≥6.13%；

流動性：12.32-12.47s；

松裝密度為2.175-2.413g/cm3。

一種金屬銅粉的制備方法，按質量百分比，包括以下步驟：

1）使預處理的銅板溶解于60-70%的硝酸水溶液中，制成濃度為1.55-1.65g/ml硝酸銅水溶液；

2）將硝酸銅水溶液過濾后，去除雜質再加入重量百分比為30-40%的乙二醇溶液，充分攪拌使其反應后獲得銅沉淀；

3）洗滌銅沉淀后，澄清60-120分鐘，再烘干后置于還原爐中，控制溫度為350-485oC，在氫氣氣氛調控下熱解還原110-130分鐘后，將步驟2）獲得到的還原后的產物使用球磨機破碎、研磨，并用270目的金屬編織篩網，篩分出粒徑為270目以下的銅粉，得到一次還原銅粉；

4）將一次還原銅粉重新放置在還原爐內，并控制溫度為540-580oC，在氫氣氣氛調控下熱解還原120-160分鐘，將獲得的二次還原產物放置在球磨機破碎，并收集破碎后的銅粉顆粒，并使用270-325目的金屬編織網篩分出粒徑為45-53μm的銅粉，即制得金屬銅粉。

所述的步驟1）預處理是對銅板表面需除雜處理，除雜預處理工藝為將銅板置于稀硝酸或稀硫酸水溶液中，稀硝酸、稀硫酸的重量百分比濃度為10-15%。

所述的步驟3）和步驟4）中，所述攪拌球磨機的研磨時間均為160-200秒，球磨機轉速均為800-950轉/分。

所述的步驟2）中乙二醇為(NH₄)₂C₂O₄、K₂C₂O₄中的其中一個，乙二醇溶液的濃度為重量百分比30-40%，不斷攪拌得到銅沉淀。

所述的步驟3）中還原爐內的還原氣體為H₂、CO、CH₄中的至少一種，還原氣體與銅沉淀物的質量比為1:0.2-0.4。

所述的步驟1）中，硝酸水溶液的濃度重量百分比為10-20%。

所述的步驟3）中，銅沉淀物質采用去離子水洗滌。

本發明的有益效果是：

本發明將銅粉采用乙二醇銅熱解還原的方法，關鍵在于對于銅沉淀的還原處理。研究發現，二次還原的方法及還原溫度的控制對銅粉的粒度分布會產生較大影響。因此，控制還原溫度成為整個工藝中的關鍵步驟。

在發明的方法中，破碎這一環節對銅粉的流動性、松裝密度甚至是粉末形貌都會產生很大影響。本發明以高能攪拌球磨機破碎，有效提高了銅粉的流動性和松裝密度能減少出現異型粉、衛星粉等形貌。再通過160-200秒的球磨時間以保證粒度和高的松裝密度。

本發明的方法制備的銅粉滿足以下技術要求：

Cu+Co≥99.9%(質量百分含量)；

粒度：270-325目≥6.13%(質量百分含量)；

流動性：12.32-12.47s；

松裝密度為2.175-2.413g/cm3。

本發明制備的金屬銅粉的銅粉純度高、質量穩定，可達到增材技術對銅粉的使用要求；生產設備簡單、操作易行。粒度在270-325目之間具有良好的流動性、高松裝密度的優良性能。可以適用于金屬陶瓷材料、3D打印等增材技術方面。

附圖說明

圖1是本發明的工藝流程圖。

具體實施方式

以下列舉具體實例以進一步闡述本發明。

本發明中，產品粉末性能檢測按以下標準方法進行：

ASTM B212-1999、ASTM B213-2013、ASTM B214-2016、ASTM B215-2015

實施例1：

一種金屬銅粉，其特征在于，按質量百分比，包括以下組分：

Cu:65%；Co:35%；

實施例2：

一種金屬銅粉，其特征在于，按質量百分比，包括以下組分：

Cu:70%；Co:30%；

實施例3：

一種金屬銅粉，其特征在于，按質量百分比，包括以下組分：

Cu:75%；Co:25%；Cu+Co≥99.9%；

實施例4：參見圖1，一種金屬銅粉的制備方法，包括以下步驟：

1）先將銅板置于10%的稀硝酸溶液中預處理，清除表面雜質，在濃度為60%的硝酸中溶解，制成濃度范圍為1.55g/ml的硝酸銅水溶液；

2）將硝酸銅水溶液過濾，去除雜質后加入濃度為35%的乙二醇溶液，不斷攪拌得到乙二醇銅沉淀；

3）用去離子水洗滌乙二醇銅沉淀，并澄清60分鐘后烘干，再將乙二醇銅沉淀置于還原爐中，控制溫度為355oC，在氫氣氣氛調控下將乙二醇銅還原120分鐘；

將步驟2）獲得的還原產物用高能攪拌球磨機研磨160秒，轉速800轉/分，再過270目篩網后即制得一次還原銅粉；

4）將一次還原的銅粉置于還原爐中，控制溫度為550oC，在氫氣氣氛調控下還原120分鐘；

將獲得的二次還原產物用高能攪拌球磨機破碎160秒，再過270目和325目篩網后，即制得金屬銅粉；

獲得銅粉的檢測指標：

粒度：270-325目≥6.13% (質量百分含量)；

流動性：12.47s；

松裝密度為2.413g/cm³。

實施例5：一種金屬銅粉的制備方法，包括以下步驟：

1）先將銅板置于13%的稀硫酸溶液中預處理，清除表面雜質，再在濃度為65%的硝酸中溶解，制成濃度范圍為1.60g/ml的硝酸銅鹽溶液；

2）將硝酸銅鹽溶液過濾，去除雜質后加入濃度為35%的乙二醇溶液，不斷攪拌得到乙二醇銅沉淀；

3）用去離子水洗滌乙二醇銅沉淀，并澄清90分鐘后烘干，再將乙二醇銅沉淀置于還原爐中，控制溫度為400oC，在氫氣氣氛調控下將乙二醇銅還原125分鐘；將熱解還原產物用高能攪拌球磨機破碎180秒，再過270目篩網后即制得一次還原銅粉；

4）將一次還原的銅粉置于還原爐中，控制溫度為560oC，在氫氣氣氛調控下還原140分鐘；

將熱解還原產物用高能攪拌球磨機破碎200秒，再過270目和325目篩網后，即制得金屬銅粉；

獲得銅粉的檢測指標

粒度：270-325目≥6.20%(質量百分含量)

流動性：12.41s

松裝密度為2.312g/cm³。

實施例6，一種金屬銅粉的制備方法，包括以下步驟：

1）先將銅板置于15%的稀硫酸溶液中預處理，清除表面雜質，再在濃度為70%的硝酸中溶解，制成濃度范圍為1.62g/ml的硝酸銅鹽溶液；

2）將硝酸銅鹽溶液過濾，去除雜質后加入濃度為40%的乙二醇溶液，不斷攪拌得到乙二醇銅沉淀；

3）用去離子水洗滌乙二醇銅沉淀，并澄清120分鐘后烘干，再將乙二醇銅沉淀置于還原爐中，控制溫度為485oC，在氫氣氣氛調控下將乙二醇銅還原130分鐘；將熱解還原產物用高能攪拌球磨機破碎180秒，再過270目篩網后即制得一次還原銅粉；

4）將一次還原的銅粉置于還原爐中，控制溫度為580oC，在氫氣氣氛調控下還原160分鐘；

將熱解還原產物用高能攪拌球磨機破碎200秒，再過270目和325目篩網后，即制得金屬銅粉；

獲得銅粉的檢測指標：

粒度：270-325目≥6.75% (質量百分含量)；

流動性：12.32s；

松裝密度為2.175g/cm³。