專利名稱：一種Al₂O₃強(qiáng)化銅的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備強(qiáng)化銅的方法，尤其設(shè)計(jì)一種低成本、高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性的Al2O3強(qiáng)化銅的制備方法。
背景技術(shù)：
銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐蝕性，廣泛地應(yīng)用在幾乎所有的工業(yè)部門。銅的晶體結(jié)構(gòu)為面心立方(fee )，其塑性非常好，軋制變形程度可達(dá)95%以上。但銅的強(qiáng)度和耐熱性不足，不能滿足航天、航空、電子工業(yè)等高新技術(shù)迅速發(fā)展對(duì)其綜合性能的要求。通過添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪兀梢愿纳沏~合金的性能，滿足一些要求不高的需求。但是實(shí)際應(yīng)用中 很多場(chǎng)合要求材料能夠經(jīng)受高溫作用，故提高銅合金的高溫性能實(shí)屬必要。這些場(chǎng)合包括
I)點(diǎn)焊電極。在汽車和儀表儀器工業(yè)中，點(diǎn)焊以其美觀的外表和較高的工作效率越來越受到歡迎。傳統(tǒng)的點(diǎn)焊電極材料多是Cu-C合金，在較低的工作溫度下它是一個(gè)比較合適的選擇。但是當(dāng)溫度超過500-600度以上時(shí)，電極就會(huì)因?yàn)槌恋碇厝芏浕灾伦冃问А?)電子工業(yè)。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，大規(guī)模集成電路等電子元器件的引線材料要求越來越高，過去占統(tǒng)治地位的鐵鎳合金逐漸部分地被銅合金取代，且銅合金有成為主流的趨勢(shì)。另外，銅合金也常應(yīng)用于微波管等列車滑接線。電力機(jī)車的高架導(dǎo)線及其接觸環(huán)都必須有非常好的導(dǎo)電性能，同時(shí)能夠承受較大的力的作用。另外，銅合金在高溫條件下仍能保持良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，以及非常優(yōu)越的抗中子輻射的特性，常用作熱核反應(yīng)堆的內(nèi)壁。傳統(tǒng)的銅合金因高溫強(qiáng)度不足己不能滿足這些場(chǎng)合的要求，于是兼有高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性的Al2O3強(qiáng)化銅材料應(yīng)運(yùn)而生。Al2O3強(qiáng)化銅是通過添加穩(wěn)定的Al2O3硬質(zhì)第二相，提高合金強(qiáng)度的同時(shí)保持銅基體良好的導(dǎo)電性，并且材料中的第二相能夠阻礙回復(fù)和再結(jié)晶，使材料有非常優(yōu)越的高溫性能。正是這些無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，讓Al2O3強(qiáng)化銅備受青睞。Al2O3強(qiáng)化銅制備的關(guān)鍵是如何向銅基體中引入彌散分布的Al2O3顆粒。目前應(yīng)用較多的是內(nèi)氧化法，但內(nèi)氧化法工藝過程中反應(yīng)所需的氧含量難以控制，且生產(chǎn)成本昂貴。其它如機(jī)械混合法、共沉積法和硝酸鹽熔化法制備的Al2O3強(qiáng)化銅其Al2O3顆粒一般比較粗大(>2iim)，從而直接影響其優(yōu)越性。此外，現(xiàn)有技術(shù)中通常都采用銅粉作為制備原料，其生產(chǎn)成本較高，容易造成浪費(fèi)。印制電路板(PCB)加工的典型工藝采用〃圖形電鍍法"。即先在板子外層需保留的銅箔部分上(是電路的圖形部分)預(yù)鍍一層鉛錫抗蝕層，然后用化學(xué)方式將其余的銅箔腐蝕掉，稱為蝕刻。蝕刻廢液通常有酸性氯化銅蝕刻廢液和堿性氯化銅蝕刻廢液酸性氯化銅蝕刻廢液主要含有氯化銅和鹽酸；堿性氯化銅蝕刻廢液主要含有氯化銅氨絡(luò)合物和氯化銨。將蝕刻廢液用于制備Al2O3強(qiáng)化銅還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于提供一種改進(jìn)的Al2O3強(qiáng)化銅的制備方法，通過該方法得到的Al2O3強(qiáng)化銅中Al2O3粒子極其細(xì)小、分布均勻，整體性能良好。本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案，一種Al2O3強(qiáng)化銅的制備方法，其特征在于包括如下步驟
1)選擇酸性銅蝕刻液，過濾雜質(zhì)，測(cè)量銅含量；
2)按照Al2O3在強(qiáng)化銅中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I.2-1. 5%的比例，向I)得到的過濾后的銅蝕刻液中加入Al (NO3) 3混合溶解，攪拌均勻；
3)將步驟2)得到的混合溶液流加入到轉(zhuǎn)速為500-700r/min的共沉淀反應(yīng)釜中，同時(shí)加入一定量的氨水，嚴(yán)格控制溶液流量，并精確控制其反應(yīng)PH值在9. 50-9. 60，反應(yīng)一段時(shí)間后得到Cu (OH) 2和Al (OH) 3共混沉淀物；
4)將步驟3)得到的Cu(OH)2和Al(OH)3共混沉淀物在室溫下干燥2 h，然后置于煅燒爐中，煅燒溫度為320-350°C，煅燒時(shí)間為2 h，得到CuCVAl2O3復(fù)合粉末；
5)將CuCVAl2O3復(fù)合粉末在氫氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行還原，還原溫度為420-450°C，還原時(shí)間為2 h，得到Al2O3強(qiáng)化銅粉末；
6)將上述強(qiáng)化銅粉末冷鍛壓成型，壓制壓力為500MPa，保壓時(shí)間為10 s ；
7)采用氫氣保護(hù)氣氛燒結(jié)，燒結(jié)溫度為920-930°C，保溫時(shí)間為I. 5-2 h。本發(fā)明通過大量實(shí)驗(yàn)選擇了優(yōu)選參數(shù)和工藝，采用了 PCB加工中的含銅蝕刻廢液作為原料，同時(shí)采用共沉淀工藝，得到Cu(OH)2和Al (OH)3共混沉淀物，再經(jīng)煅燒、選擇性還原工藝，形成Al2O3強(qiáng)化銅粉末，將粉末進(jìn)行模壓成型，得到Al2O3強(qiáng)化銅產(chǎn)品。本發(fā)明的有益效果在于，由于原料為含銅蝕刻廢液，容易獲得并且成本低廉，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，得到的產(chǎn)品的彌散相粒子細(xì)小、大小均勻和分布狀態(tài)最佳。具體實(shí)施方案下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步說明。
實(shí)施例I
1)選擇酸性銅蝕刻液，過濾雜質(zhì)，測(cè)量銅含量；
2)按照Al2O3在強(qiáng)化銅中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I.2%的比例，向I)得到的過濾后的銅蝕刻液中加入Al (NO3) 3混合溶解，攪拌均勻；
3)將步驟2)得到的混合溶液流加入到轉(zhuǎn)速為500r/min的共沉淀反應(yīng)釜中，同時(shí)加入一定量的氨水，嚴(yán)格控制溶液流量，并精確控制其反應(yīng)PH值在9. 50，反應(yīng)一段時(shí)間后得到Cu (OH) 2和Al (OH) 3共混沉淀物；
4)將步驟3)得到的Cu(OH)2和Al(OH)3共混沉淀物在室溫下干燥2 h，然后置于煅燒爐中，煅燒溫度為320°C，煅燒時(shí)間為2 h，得到CuCVAl2O3復(fù)合粉末；
5)將CuCVAl2O3復(fù)合粉末在氫氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行還原，還原溫度為420V，還原時(shí)間為2 h，得到Al2O3強(qiáng)化銅粉末；
6)將上述強(qiáng)化銅粉末冷鍛壓成型，壓制壓力為500MPa，保壓時(shí)間為10 s ；
7)米用氫氣保護(hù)氣氛燒結(jié)，燒結(jié)溫度為920°C,保溫時(shí)間為1.5 ho對(duì)用掃描電子顯微鏡對(duì)得到產(chǎn)品的物相形貌進(jìn)行測(cè)試和分析；在25 t萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試抗拉強(qiáng)度；硬度測(cè)試在布氏硬度計(jì)上進(jìn)行；在渦流電導(dǎo)儀上測(cè)量電導(dǎo)率。銅基體中的Al2O3彌散相粒子細(xì)小、大小及分布均勻，抗拉強(qiáng)度大于600MPa，電導(dǎo)率大于80%IACS，軟化溫度達(dá)800K以上。
實(shí)施例2 1)選擇酸性銅蝕刻液，過濾雜質(zhì)，測(cè)量銅含量；
2)按照Al2O3在強(qiáng)化銅中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I.3%的比例，向I)得到的過濾后的銅蝕刻液中加入Al (NO3) 3混合溶解，攪拌均勻；
3)將步驟2)得到的混合溶液流加入到轉(zhuǎn)速為600r/min的共沉淀反應(yīng)釜中，同時(shí)加入一定量的氨水，嚴(yán)格控制溶液流量，并精確控制其反應(yīng)PH值在9. 50-9. 60，反應(yīng)一段時(shí)間后得到Cu (OH) 2和Al (OH) 3共混沉淀物；
4)將步驟3)得到的Cu(OH)2和Al(OH)3共混沉淀物在室溫下干燥2 h，然后置于煅燒爐中，煅燒溫度為340°C，煅燒時(shí)間為2 h，得到CuCVAl2O3復(fù)合粉末；
5)將CuCVAl2O3復(fù)合粉末在氫氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行還原，還原溫度為430V，還原時(shí)間為2 h，得到Al2O3強(qiáng)化銅粉末；
6)將上述強(qiáng)化銅粉末冷鍛壓成型，壓制壓力為500MPa，保壓時(shí)間為10 s ；
7)米用氫氣保護(hù)氣氛燒結(jié)，燒結(jié)溫度為920°C,保溫時(shí)間為1.6 ho對(duì)用掃描電子顯微鏡對(duì)得到產(chǎn)品的物相形貌進(jìn)行測(cè)試和分析；在25 t萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試抗拉強(qiáng)度；硬度測(cè)試在布氏硬度計(jì)上進(jìn)行；在渦流電導(dǎo)儀上測(cè)量電導(dǎo)率。銅基體中的Al2O3彌散相粒子細(xì)小、大小及分布均勻，抗拉強(qiáng)度大于600MPa，電導(dǎo)率大于80%IACS，軟化溫度達(dá)800K以上。
實(shí)施例3
1)選擇酸性銅蝕刻液，過濾雜質(zhì)，測(cè)量銅含量；
2)按照Al2O3在強(qiáng)化銅中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I.5%的比例，向I)得到的過濾后的銅蝕刻液中加入Al (NO3) 3混合溶解，攪拌均勻；
3)將步驟2)得到的混合溶液流加入到轉(zhuǎn)速為700r/min的共沉淀反應(yīng)釜中，同時(shí)加入一定量的氨水，嚴(yán)格控制溶液流量，并精確控制其反應(yīng)PH值在9. 60，反應(yīng)一段時(shí)間后得到Cu (OH) 2和Al (OH) 3共混沉淀物；
4)將步驟3)得到的Cu(OH)2和Al(OH)3共混沉淀物在室溫下干燥2 h，然后置于煅燒爐中，煅燒溫度為350°C，煅燒時(shí)間為2 h，得到CuCVAl2O3復(fù)合粉末；
5)將CuCVAl2O3復(fù)合粉末在氫氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行還原，還原溫度為450V，還原時(shí)間為2 h，得到Al2O3強(qiáng)化銅粉末；
6)將上述強(qiáng)化銅粉末冷鍛壓成型，壓制壓力為500MPa，保壓時(shí)間為10 s ；
7)采用氫氣保護(hù)氣氛燒結(jié)，燒結(jié)溫度為930°C，保溫時(shí)間為2 h。對(duì)用掃描電子顯微鏡對(duì)得到產(chǎn)品的物相形貌進(jìn)行測(cè)試和分析；在25 t萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試抗拉強(qiáng)度；硬度測(cè)試在布氏硬度計(jì)上進(jìn)行；在渦流電導(dǎo)儀上測(cè)量電導(dǎo)率。銅基體中的Al2O3彌散相粒子細(xì)小、大小及分布均勻，抗拉強(qiáng)度大于600MPa，電導(dǎo)率大于80%IACS，軟化溫度達(dá)800K以上。
權(quán)利要求
1. 一種Al2O3強(qiáng)化銅的制備方法，其特征在于包括如下步驟 1)選擇酸性銅蝕刻液，過濾雜質(zhì)，測(cè)量銅含量； 2)按照Al2O3在強(qiáng)化銅中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I.2-1. 5%的比例，向I)得到的過濾后的銅蝕刻液中加入Al (NO3) 3混合溶解，攪拌均勻； 3)將步驟2)得到的混合溶液流加入到轉(zhuǎn)速為500-700r/min的共沉淀反應(yīng)釜中，同時(shí)加入一定量的氨水，嚴(yán)格控制溶液流量，并精確控制其反應(yīng)PH值在9. 50-9. 60，反應(yīng)一段時(shí)間后得到Cu (OH) 2和Al (OH) 3共混沉淀物； 4)將步驟3)得到的Cu(OH)2和Al(OH)3共混沉淀物在室溫下干燥2 h，然后置于煅燒爐中，煅燒溫度為320-350°C，煅燒時(shí)間為2 h，得到CuCVAl2O3復(fù)合粉末； 5)將CuCVAl2O3復(fù)合粉末在氫氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行還原，還原溫度為420-450°C，還原時(shí)間為2 h，得到Al2O3強(qiáng)化銅粉末； 6)將上述強(qiáng)化銅粉末冷鍛壓成型，壓制壓力為500MPa，保壓時(shí)間為10 s ； 7)采用氫氣保護(hù)氣氛燒結(jié)，燒結(jié)溫度為920-930°C，保溫時(shí)間為I. 5-2 h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Al2O3強(qiáng)化銅的制備方法，采用了PCB加工中的含銅蝕刻廢液作為原料，同時(shí)采用共沉淀工藝，得到Cu(OH)2和Al(OH)3共混沉淀物，再經(jīng)煅燒、選擇性還原工藝，形成Al2O3強(qiáng)化銅粉末，將粉末進(jìn)行模壓成型，得到Al2O3強(qiáng)化銅產(chǎn)品。本發(fā)明的有益效果在于，由于原料為含銅蝕刻廢液，容易獲得并且成本低廉，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，得到的銅基體中彌散相粒子細(xì)小、大小和分布均勻。
文檔編號(hào)C22C9/00GK102703744SQ20121018798
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者馮斌 申請(qǐng)人:馮斌