权利要求
1.一种
铜金属泡沫，其特征在于，包括铜基支撑体和由所述支撑体支撑的泡沫铜，所述铜基支撑体包括铜网和铜箔中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的铜金属泡沫，其特征在于，所述铜基支撑体与所述泡沫铜接触的表面粗糙度Ra为1.2-2.5μm;
或，所述铜基支撑体与所述泡沫铜接触的表面设置有枝晶，枝晶长度为10-20μm。
3.根据权利要求1所述的铜金属泡沫，其特征在于，所述铜基支撑体厚度为0.05-0.2mm;
和/或，所述铜基支撑体上设置有通孔;
和/或，所述铜基支撑体包括设置在所述泡沫铜一侧的表面支撑体;和/或，所述铜基支撑体包括设置在所述泡沫铜中部的中部支撑体。
4.根据权利要求3所述的铜金属泡沫，其特征在于，所述通孔的大小为30-200目;
和/或，当所述表面支撑体和中部支撑体同时存在时，所述表面支撑体的厚度小于所述中部支撑体的厚度。
5.一种权利要求1-4任意一项所述的铜金属泡沫的制备方法，其特征在于，对组装好的层状复合体依次进行预热、预烧结、主烧结、冷却和清洗，得到所述铜金属泡沫;所述层状复合体包括铜基支撑体和用于生成泡沫铜的粉体共混物层，所述粉体共混物中包括铜粉、造孔剂、粘结剂和水。
6.根据权利要求5所述的铜金属泡沫的制备方法，其特征在于，所述粉体共混物满足以下特征a-g中的至少一项：
a.铜粉和造孔剂的体积比为2-8:8-2;
b.所述造孔剂为水溶性氯盐;
c.所述粘结剂为聚乙烯醇;
d.所述粉体共混物中粘结剂的质量分数小于5%;
e.所述粉体共混物的粘度为300-500mPa·s;
f.所述铜粉和造孔剂的平均粒径之比为1:1-3;
g.所述造孔剂的粒径为100-300μm。
7.根据权利要求5所述的铜金属泡沫的制备方法，其特征在于，预热阶段升温速率为5-10℃/min，升温至280-320℃。
8.根据权利要求5所述的铜金属泡沫的制备方法，其特征在于，预烧结阶段压力为8-12MPa、温度为740-760℃、保温时间为1.5-2.5h、气氛为惰性气体。
9.根据权利要求5所述的铜金属泡沫的制备方法，其特征在于，主烧结阶段温度为930℃-950℃、压力为15-25MPa、保温时间为2.5-3.5小时、气氛为氢气。
10.根据权利要求5所述的铜金属泡沫的制备方法，其特征在于，预烧结阶段升温速率为2-5℃/min;
和/或，主烧结阶段升温速率为2-5℃/min;
和/或，清洗采用超声辅助清洗，清洗剂为水;
和/或，清洗后还包括烘干和镀
镍，镀镍步骤所得镍层厚度为0.1-0.5μm。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及铜基材料制备技术领域，具体而言，涉及铜金属泡沫及铜金属泡沫的制备方法。
背景技术
[0002]泡沫铜是一种在铜基体中均匀分布着大量连通或不连通孔洞的新型多
功能材料，在保留了金属铜的延展性、导电性、导热性的同时，还具有密度小、孔隙率高、比表面积大、化学稳定性良好等优点，在过滤、催化、传感、能源等领域有着广泛的应用前景。
[0003]但是，随着对轻量化、高强度材料需求的增加，现有的泡沫铜无法满足需要，尤其是在一些场景下，要求泡沫铜具有较大的孔隙率，兼顾较高的强度。
[0004]鉴于此，特提出本发明。
发明内容
[0005]本发明的目的在于提供铜金属泡沫及铜金属泡沫的制备方法，在同等孔隙率的前提下，提高材料的强度。
[0006]本发明是这样实现的：
[0007]第一方面，本发明提供一种铜金属泡沫，包括铜基支撑体和由所述支撑体支撑的泡沫铜，所述铜基支撑体包括铜网和铜箔中的至少一个。
[0008]在可选的实施方式中，所述铜基支撑体与所述泡沫铜接触的表面粗糙度Ra为1.2-2.5μm;
[0009]或，所述铜基支撑体与所述泡沫铜接触的表面设置有枝晶，枝晶长度为10-20μm。
[0010]在可选的实施方式中，所述铜基支撑体厚度为0.05-0.2mm;
[0011]和/或，所述铜基支撑体上设置有通孔;
[0012]和/或，所述铜基支撑体包括设置在所述泡沫铜一侧的表面支撑体;和/或，所述铜基支撑体包括设置在所述泡沫铜中部的中部支撑体;
[0013]在可选的实施方式中，所述通孔的大小为30-200目;
[0014]和/或，当所述表面支撑体和中部支撑体同时存在时，所述表面支撑体的厚度小于所述中部支撑体的厚度。
[0015]第二方面，本发明提供一种铜金属泡沫的制备方法，对组装好的层状复合体依次进行预热、预烧结、主烧结、冷却和清洗，得到所述铜金属泡沫;所述层状复合体包括铜基支撑体和用于生成泡沫铜的粉体共混物层，所述粉体共混物中包括铜粉、造孔剂、粘结剂和水。
[0016]在可选的实施方式中，所述粉体共混物满足以下特征a-g中的至少一项：
[0017]a.铜粉和造孔剂的体积比为2-8:8-2;
[0018]b.所述造孔剂为水溶性氯盐;
[0019]c.所述粘结剂为聚乙烯醇;
[0020]d.所述粉体共混物中粘结剂的质量分数小于5%;
[0021]e.所述粉体共混物的粘度为300-500mPa·s;
[0022]f.所述铜粉和造孔剂的平均粒径之比为1:1-3;
[0023]g.所述造孔剂的粒径为100-300μm。
[0024]在可选的实施方式中，预热阶段升温速率为5-10℃/min，升温至280-320℃。
[0025]在可选的实施方式中，预烧结阶段压力为8-12MPa、温度为740-760℃、保温时间为1.5-2.5h、气氛为惰性气体。
[0026]在可选的实施方式中，主烧结阶段温度为930℃-950℃、压力为15-25MPa、保温时间为2.5-3.5小时、气氛为氢气。
[0027]在可选的实施方式中，预烧结阶段升温速率为2-5℃/min;
[0028]和/或，主烧结阶段升温速率为2-5℃/min;
[0029]和/或，清洗采用超声辅助清洗，清洗剂为水;
[0030]和/或，清洗后还包括烘干和镀镍，镀镍步骤所得镍层厚度为0.1-0.5μm。
[0031]本发明具有以下有益效果：
[0032]本申请中，通过设置铜基支撑体为泡沫铜提供支撑，能够在满足材料轻量化的同时，提高铜金属泡沫的强度，为新能源、5G通信等领域提供了新一代多功能材料解决方案，适用于新能源电池集流体、电磁屏蔽器件、环保催化载体、高功率激光二极管、GaN射频放大器、电力电子模块、航空航天电子设备、高热流密度电子器件、高能激光系统、特种电力与能源装备、航空航天、先进制造与加工等领域。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0034]图1为本申请实施例1中层状复合体的结构示意图。
具体实施方式
[0035]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0036]本发明实施方式提供一种铜金属泡沫，包括铜基支撑体和由所述支撑体支撑的泡沫铜，所述铜基支撑体包括铜网和铜箔中的至少一个。
[0037]本申请中，通过设置铜基支撑体为泡沫铜提供支撑，能够在满足材料轻量化的同时，提高铜金属泡沫的强度，为新能源、5G通信等领域提供了新一代多功能材料解决方案，适用于新能源电池集流体、电磁屏蔽器件及环保催化载体等领域。
[0038]在可选的实施方式中，所述铜基支撑体与所述泡沫铜接触的表面粗糙度Ra为1.2-2.5μm;具体地，可以采用FeCl(40wt%)+HCl(5wt%)溶液对铜基支撑体表面进行蚀刻，有利于增强铜基支撑体与泡沫铜之间的结合力，进而有利于提高铜金属泡沫的强度。
[0039]在可选的实施方式中，所述铜基支撑体与所述泡沫铜接触的表面设置有枝晶，枝晶长度为10-20μm;具体地可以采用
电化学枝晶化的方式在铜金属泡沫表面生成枝晶，其中，电化学枝晶化所用
电解液可以为硫酸铜溶液，生成枝晶有利于提高铜金属泡沫和铜基支撑体之间的互锁能力，进而有利于提高铜金属泡沫的强度。
[0040]在可选的实施方式中，所述铜基支撑体厚度为0.05-0.2mm。
[0041]和/或，所述铜基支撑体上设置有通孔;具体地，可以利用针辊式打孔设备，对铜箔等铜基支撑体打孔，可以是使铜箔上的孔均匀分布，有利于提高泡沫铜中空隙的均匀性，并可减少铜箔热变形。
[0042]和/或，所述铜基支撑体包括设置在所述泡沫铜一侧的表面支撑体;和/或，所述铜基支撑体包括设置在所述泡沫铜中部的中部支撑体;通常情况下，若铜基支撑体设置在泡沫铜中部，则需对中部支撑体进行电化学枝晶化处理，若铜基支撑体设置在泡沫铜的一侧，则可以对其进行蚀刻处理或电化学枝晶化处理。
[0043]在可选的实施方式中，所述通孔的大小为30-200目;通常情况下，通孔均匀分布在铜基支撑体上，铜基支撑体上通孔的尺寸和数量会影响泡沫铜孔隙率和抗压强度。
[0044]和/或，当所述表面支撑体和中部支撑体同时存在时，所述表面支撑体的厚度小于所述中部支撑体的厚度。
[0045]本发明实施方式还提供一种铜金属泡沫的制备方法，对组装好的层状复合体依次进行预热、预烧结、主烧结、冷却和清洗，得到所述铜金属泡沫;所述层状复合体包括铜基支撑体和用于生成泡沫铜的粉体共混物层，所述粉体共混物中包括铜粉、造孔剂、粘结剂和水。
[0046]在可选的实施方式中，所述粉体共混物满足以下特征a-g中的至少一项：
[0047]a.铜粉和造孔剂的体积比为2-8:8-2;造孔剂的用量与铜金属泡沫的目标强度有关，理论上，造孔剂含量越高，孔隙率越高;
[0048]b.所述造孔剂为水溶性氯盐，如氯化钠;
[0049]c.所述粘结剂为聚乙烯醇;
[0050]d.所述粉体共混物中粘结剂的质量分数小于5%;
[0051]e.所述粉体共混物的粘度为300-500mPa·s;油流粉体共混物在铜基支撑体上铺展并初步定型;
[0052]f.所述铜粉和造孔剂的平均粒径之比为1:1-3，有利于造孔剂和铜粉均匀混合;
[0053]g.所述造孔剂的粒径为100-300μm。
[0054]在可选的实施方式中，预热阶段升温速率为5-10℃/min，升温至280-320℃，该阶段主要目的是去除粘结剂。
[0055]在可选的实施方式中，预烧结阶段压力为8-12MPa、温度为740-760℃、保温时间为1.5-2.5h、气氛为惰性气体，如氩气。氩气可以通过化学惰性隔绝和物理传热优化，稳定氯盐结构并促进金属粉末的扩散结合。
[0056]在可选的实施方式中，主烧结阶段温度为930℃-950℃、压力为15-25MPa、保温时间为2.5-3.5小时、气氛为氢气。通过原子扩散和晶界迁移实现颗粒间的冶金结合，孔隙结构趋于稳定。主烧结后可以进行梯度降温至200℃，压力降至0MPa，减少热应力引起的微裂纹。
[0057]在可选的实施方式中，预烧结阶段升温速率为2-5℃/min;缓慢升温，有利于有机物充分去除;
[0058]和/或，主烧结阶段升温速率为2-5℃/min;
[0059]和/或，清洗采用超声辅助清洗，清洗剂为水;超声波频率可以为40kHz，水可以为70℃的去离子水，清洗时间可以为1-5h。
[0060]和/或，清洗后还包括烘干和镀镍，镀镍步骤所得镍层厚度为0.1-0.5μm，有利于提升材料的耐腐蚀性。
[0061]以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0062]实施例1：
[0063]本实施例提供一种铜金属泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
[0064](1)按照图1组装层状复合体，所述层状复合体从下至上依次包括铜箔(0.2mm)、粉体共混物层(0.6mm)、铜网(0.2mm)、粉体共混物层(0.6mm)、铜箔(0.2mm)，所述粉体共混物中包括铜粉、造孔剂(氯化钠)、粘结剂聚乙烯醇和水，其中：
[0065]铜粉和造孔剂体积比为1：1，聚乙烯醇的浓度为3vol%(聚乙烯醇和水的体积比为3：97)，铜粉粒径为50μm，造孔剂粒径为100μm，所述粉体共混物的粘度为400Pa·s;
[0066]铜箔上均匀分布有通孔，孔径约为50μm，铜箔上通孔覆盖率为15%，表面采用FeCl(40wt%)+HCl(5%)蚀刻至Ra为2μm;
[0067]铜网上网孔大小约为100μm，铜网上网孔覆盖率为30%，铜网上枝晶平均长度为15μm。
[0068](2)对组装好的层状复合体依次进行预热、预烧结、主烧结、冷却、清洗和镀镍，得到所述铜金属泡沫;具体地包括：
[0069]将组装好的层状复合体连同模具一起置于真空热压炉内，抽真空至10-1Pa以下，以5-10℃/min的升温速率加热到300℃进行预热，保温60分钟;
[0070]缓慢升温(2-5℃/min)，保持炉内压力10MPa、温度740-760℃，氩气保护，保温2小时，进行预烧结;
[0071]缓慢升温(2-5℃/min)，保持炉内压力20MPa，温度950℃，H保护，保温3小时，进行主烧结;
[0072]梯度降温至200℃，压力降至0MPa;
[0073]采用60-80℃去离子水，超声波辅助(40kHz)清洗，时间3h;
[0074]在铜金属泡沫材料表面进行化学镀镍，镍层厚度为0.3μm。
[0075]实施例2：
[0076]本实施例提供一种铜金属泡沫材料的制备方法，与实施例1的区别仅在于，主烧结阶段炉内压力为15MPa。
[0077]实施例3：
[0078]本实施例提供一种铜金属泡沫材料的制备方法，与实施例1的区别仅在于，主烧结阶段炉内压力为25MPa。
[0079]实施例4：
[0080]本实施例提供一种铜金属泡沫材料的制备方法，与实施例1的区别仅在于，铜粉和造孔剂的体积比为3:7。
[0081]实施例5：
[0082]本实施例提供一种铜金属泡沫材料的制备方法，与实施例1的区别仅在于，铜粉和造孔剂的体积比为7:3。
[0083]实施例6
[0084]本实施例提供一种铜金属泡沫材料的制备方法，与实施例1的区别仅在于，省略层状复合体中的铜网。
[0085]实施例7
[0086]本实施例提供一种铜金属泡沫材料的制备方法，与实施例1的区别仅在于，省略层状复合体中的两层铜箔。
[0087]实施例8
[0088]本实施例提供一种铜金属泡沫材料的制备方法，与实施例1的区别仅在于，铜箔上未设置通孔。
[0089]实施例9
[0090]本实施例提供一种铜金属泡沫材料的制备方法，与实施例1的区别仅在于，铜网未经电化学枝晶化，仅采用FeCl(40wt%)+HCl(5%)蚀刻至Ra为2μm。
[0091]对比例1
[0092]本对比例提供一种铜金属泡沫材料的制备方法，与实施例1的区别仅在于，未设置铜网和铜箔，直接将实施例1中的粉体共混物置于模具中的粉体共混物置于真空热压炉内并进行预热、预烧结、主烧结、冷却、清洗和镀镍。
[0093]对上述实施例和对比例制备的铜金属泡沫材料的孔隙率和抗压强度进行测试，测试结果如表1所示。
[0094]表1
[0095]
序号孔隙率%抗压强度MPa实施例16555实施例27535实施例35575实施例46050实施例58520实施例66530实施例77045实施例85065实施例96545对比例17010
[0096]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
说明书附图(1)
声明：
“铜金属泡沫及铜金属泡沫的制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：索罗曼（常州）合金新材料有限公司, 广州众山精密科技有限公司
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