CN101288905A - 铜包覆钨复合粉体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜包覆钨复合粉体的制备方法，按所需质量取钨粉和五水硫酸铜；用37％～40％的甲醛溶液湿润钨粉；将蒸馏水和五水硫酸铜配成浓度为12.8g/L的溶液，再加入乙二胺四乙酸二钠和酒石酸甲钠，浓度分别为27.3g/L和13.6g/L，得到混合溶液，将湿润钨粉加入该混合溶液，通入流量为0.6L/min～1.0L/min的压缩空气，搅拌、控制该溶液的pH值11～13、加热至钨粉变成***；静置15～20分钟，分离清液和沉淀的粉末，粉末用盐酸和45℃～55℃的苯骈三氮唑乙醇溶液处理，在300℃～320℃、氢气流量为2.0～2.5L/min的还原炉内，还原2h～4h，即制得铜包覆钨复合粉体。本发明方法可制备具有高密度、高导热、高导电和低膨胀系数的复合材料。

Description

铜包覆钨复合粉体的制备方法

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种包覆复合粉体的制备方法，具体涉及一种铜包覆钨复合粉体的制备方法。

背景技术

粉体作为功能材料，在新型材料的复合和开发方面具有极其重要的作用。研究发现，两种或两种以上的粉体颗粒经表面包覆或复合处理，可以得到一种高性能复合粉体材料。复合粉体不仅具有单一粉体的性能，还具有复合协同多功能、改变单一粒子表面性质、增大两种或多种组分的接触面积等作用，广泛应用于军事、航空、航天、化工、医药等领域。

随着粉体技术的出现和应用，发展起来的粉体包覆改性技术，其原理是在原粉体颗粒的表面，均匀地引入一种或多种其他组分的物质，形成一定厚度的吸附层或单层膜，从而改变粉体的表面特性或赋予粉体新的性能。包覆技术对于提高粉体的分散性能、解决其团聚问题、改善粉体粒子的活性、光学性质、耐热性、耐光性、表面色泽乃至随后的烧结特性等起到了重要的作用。

钨粉具有熔点高、密度大、硬度高、饱和蒸汽压低、热膨胀系数小等特点，钨粉表面化学镀铜可改善钨的加工性能、导热性能以及粉末冶金时钨粉或与其他材料的压制成型性能，目前国内尚无铜包覆钨粉体的成熟技术，只是将铜粉与钨粉进行机械混合、合金化或者是将钨盐和铜盐进行化学共沉淀处理，得到铜钨均匀分布的复合粉体。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜包覆钨复合粉体的制备方法，可在钨粉表面包覆一层铜膜，拓宽钨粉的使用范围。

本发明所采用的技术方案是，一种铜包覆钨复合粉体的制备方法，按以下步骤进行：

步骤1：根据所需制备的铜包覆钨复合粉体中钨的重量，取粒径为1μm～1mm的钨粉，取浓度为37％～40％的甲醛溶液加入该钨粉中，得到湿润钨粉，控制甲醛溶液与钨粉的体积质量比为0.7ml/g～0.8ml/g；

步骤2：根据所需制备的铜包覆钨复合粉体中铜的重量，取铜重量5.47倍重量的五水硫酸铜；

步骤3：在步骤2取到的五水硫酸铜中加入蒸馏水，配成浓度为12.8g/L的硫酸铜溶液，然后，在该硫酸铜溶液中缓慢加入乙二胺四乙酸二钠，控制乙二胺四乙酸二钠在溶液中的浓度为27.3g/L，再加入酒石酸甲钠，控制酒石酸甲钠在溶液中的浓度为13.6g/L，加入该两种溶液的同时进行搅拌，均匀混合，得到混合溶液；

步骤4：将步骤1得到的湿润钨粉与步骤3得到的混合溶液混合，得到混浊液；

步骤5：在步骤4得到的混浊液中通入流量为0.6L/min～1.0L/min压缩空气，并强烈搅拌，同时，向该混浊液内滴加浓度为10％的NaOH溶液，控制混浊液的PH值为11～13，并对此混浊液加热，至混浊液的蓝色消失，钨粉变成***，此时，停止加热和搅拌；

步骤6：将上步处理后的混浊液静置15分钟～20分钟，将上层清液和沉淀的粉末分离，在该粉末中加入36％～38％盐酸，盐酸与粉末的体积比为1∶1，然后静置，再将盐酸和粉末混合体中分离出清液与沉淀的粉末，用蒸馏水清洗上述盐酸处理过的粉末并过滤；

步骤7：步骤6清洗后的粉末中加入温度为45℃～55℃的苯骈三氮唑乙醇溶液，搅拌浸泡5min～8min，钝化粉末，再将该粉末分别用蒸馏水和无水乙醇清洗、过滤；

步骤8：将步骤7处理后的粉末，置于空气中阴干，然后放入温度为300℃～320℃，氢气流量为2.0L/min～2.5L/min的氢气还原炉内，还原2h～4h，即制得铜包覆钨复合粉体。

本发明的有益效果是进一步改进钨铜复合粉体的均匀性和材料的综合性能，解决复合粉体烧结成型过程中铜相的偏聚问题，使铜相均匀地呈网络状分布在钨基体的周围。进而获得一种具有高密度、高导热、高导电和低膨胀系数的复合材料，用本发明方法制备铜包覆钨粉体，具有能耗小、生产周期短、纯度高等特点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明制备方法，包括以下步骤：

步骤1：依据需制备的钨铜复合粉体的重量，以及该复合粉体中钨和铜的重量百分比(CuxWy，其中x+y＝100％)，计算出所需钨和铜的重量，然后按下列化学分子式CuSO₄·5H₂O-Cu，根据铜原子量在无水硫酸铜原子量中的比例和上述得到的铜的重量，计算出所需五水硫酸铜(CuSO₄·5H₂O)的重量，实际操作过程中，铜发生损耗，为此，取修正系数k₁＝1.3～1.5，对五水硫酸铜的重量值进行修正，即所需的五水硫酸铜的重量为5.47x；

步骤2：按步骤1计算得到的钨粉的重量，取粒径为1μm～1mm的钨粉，然后，取浓度为37％～40％的甲醛溶液，倒入钨粉，使钨粉湿润，控制甲醛溶液与钨粉的体积质量比为0.7ml/g～0.8ml/g；

步骤3：按步骤1得到的五水硫酸铜的重量，取五水硫酸铜(CuSO₄·5H₂O)，加入蒸馏水，得到硫酸铜溶液，控制该溶液中硫酸铜的浓度为12.8g/L，然后在该硫酸铜溶液中分别缓慢加入乙二胺四乙酸二钠，控制乙二胺四乙酸二钠在溶液中的浓度为27.3g/L，酒石酸甲钠，控制酒石酸甲钠的溶液中的浓度为13.6g/L，缓慢加入上述两种溶液的同时进行搅拌，混合均匀，得到混合溶液；

步骤4：将步骤2得到的湿润钨粉与步骤3得到的混合溶液混合，得到混浊液；

步骤5：将压缩空气通入上步制得的混浊液中，控制空气流量为0.6L/min～1.0L/min，同时，用搅拌器对该混浊液进行强烈搅拌，使钨粉悬浮，并向该混浊液内滴加浓度为10％的NaOH溶液，控制混浊液的PH值为11～13，与此同时，对此混浊液进行加热，至混浊液的蓝色消失，灰黑色的钨粉变成***，即停止加热、搅拌、通压缩空气和滴加NaOH溶液；

步骤6：将上步完成化学反应的混浊液，静置15分钟～20分钟，倒掉上层清液，然后按体积比1∶1将浓度36％～38％盐酸加入沉淀下来的粉末中，再静置沉淀，并倒掉上层的多余液体，之后，将蒸馏水加入经盐酸处理并沉淀下来的粉末中，加入蒸馏水的量恰好没过粉末，然后清洗、过滤，反复清洗2～3遍；

步骤7：将温度为45℃～55℃的苯骈三氮唑乙醇溶液加入上步得到的粉末中，溶液体积恰好没过该粉末，搅拌浸泡5min～8min，使之钝化，然后用蒸馏水清洗4～6遍，再用无水乙醇清洗2～3遍并过滤，每次清洗加入的液体体积恰好没过粉末；

步骤8：将上步钝化处理后的粉末，置于空气中阴干，然后将该粉末放入温度为300℃～320℃的氢气还原炉内，通入流量为2.0L/min～2.5L/min的氢气，还原2h～4h，即制得铜包覆钨复合粉体。

实施例1

需制取100g钨铜复合粉体，按重量百分比，各组分含量为钨85％，铜15％。

取85克粒径为10μm的钨粉，取浓度为37％的甲醛溶液加入钨粉中，控制甲醛溶液与钨粉的体积质量比为0.7ml/g，湿润钨粉。根据比例及修正系数计算，取五水硫酸铜82.0g，加入蒸馏水，配成浓度为12.8g/L的硫酸铜溶液。该硫酸铜溶液中分别缓慢加入乙二胺四乙酸二钠111.9g，控制乙二胺四乙酸二钠在溶液中的浓度为27.3g/L，酒石酸甲钠55.8g，控制酒石酸甲钠在溶液中的浓度为13.6g/L，同时进行搅拌，混合均匀，形成混合液。将该混合液加入湿润的钨粉，形成混浊液。该混浊液中通入压缩空气，控制空气流量为0.6L/min；利用电动搅拌器，对此混浊液进行强烈搅拌，使钨粉悬浮，形成悬浊液，同时对该悬浊液进行加热，并向悬浊液内滴加10％的NaOH溶液，控制反应过程中该悬浊液的pH值为11。悬浊液温度至60℃，镀铜反应快速进行，镀液蓝色消失，钨粉变为***，镀铜反应完成，此时停止加热、搅拌和通入压缩空气。将完成化学反应的悬浊液，静置15分钟，去除上层清液，按1∶1的体积比，将浓度为36％的盐酸溶液加入留下的沉淀物中，中和多余的碱液，再静置、沉淀并倒掉多余溶液，将蒸馏水加入沉淀物，对该沉淀物进行清洗，加水量恰好没过复合粉末，然后过滤，反复清洗3遍。然后将温度为45℃的苯骈三氮唑乙醇溶液加入清洗完毕的沉淀物中，搅拌浸泡5min，使之钝化。之后用蒸馏水清洗6遍，无水乙醇清洗3遍并过滤，每次加入液体体积恰好没过粉末。将上述清洗后的沉淀物在空气中阴干，并置于温度为300℃还原炉内，通入流量为2L/min的氢气，还原2h，即制得铜包覆钨复合粉体。

实施例2

需制取200g钨铜复合粉体，按质量百分比，各组分含量为钨80％，铜20％。

取160克粒径为6μm的钨粉，取浓度为38％的甲醛溶液加入钨粉中，控制甲醛溶液与钨粉的体积质量比为0.73ml/g，湿润钨粉。根据比例及修正系数计算，取五水硫酸铜218.8g，加入11.0L蒸馏水，配成浓度为12.8g/L的硫酸铜溶液。该硫酸铜溶液中分别缓慢加入乙二胺四乙酸二钠300.3g，控制乙二胺四乙酸二钠在溶液中的浓度为27.3g/L，酒石酸甲钠149.6g，控制酒石酸甲钠在溶液中的浓度为13.6g/L，同时进行搅拌，混合均匀，形成混合液。将该混合液加入湿润的钨粉，形成混浊液。该混浊液中通入压缩空气，控制空气流量为0.7L/min；利用电动搅拌器，对此混浊液进行强烈搅拌，使钨粉悬浮，形成悬浊液，同时对该悬浊液进行加热，并向悬浊液内滴加10％的NaOH溶液，控制反应过程中该悬浊液的pH值为11.5。悬浊液温度至60℃，镀铜反应快速进行，镀液蓝色消失，钨粉变为***，镀铜反应完成，此时停止加热、搅拌和通入压缩空气。将完成化学反应的悬浊液，静置16分钟，去除上层清液，按1∶1的体积比，将浓度为36.5％的盐酸溶液加入留下的沉淀物中，中和多余的碱液，再静置、沉淀并倒掉多余溶液，将蒸馏水加入沉淀物，对该沉淀物进行清洗，加水量恰好没过复合粉末，然后过滤，反复清洗3遍。然后将温度为47℃的苯骈三氮唑乙醇溶液加入该沉淀物中，搅拌浸泡6min，使之钝化。之后再将钝化后的沉淀物用蒸馏水清洗6遍、无水乙醇清洗3遍并过滤，每次加入液体体积恰好没过粉末。将上述清洗后的沉淀物在空气中阴干，并置于温度为305℃还原炉内，通入流量为2.2L/min的氢气，还原2.5h，即制得铜包覆钨复合粉体。

实施例3

需制取500g钨铜复合粉体，按质量百分比，各组分含量为钨90％，铜10％。

取450克粒径为4μm的钨粉，取浓度为39％的甲醛溶液加入钨粉中，控制甲醛溶液与钨粉的体积质量比为0.75ml/g，湿润钨粉。根据比例及修正系数计算，取五水硫酸铜273.5g，加入13.7L蒸馏水，配成浓度为12.8g/L的硫酸铜溶液。该硫酸铜溶液中分别缓慢加入乙二胺四乙酸二钠374.0g，控制乙二胺四乙酸二钠在溶液中的浓度为27.3g/L，酒石酸甲钠186.3g，控制酒石酸甲钠在溶液中的浓度为13.6g/L，同时进行搅拌，混合均匀，形成混合液。将该混合液加入湿润的钨粉，形成混浊液。该混浊液中通入压缩空气，控制空气流量为0.8L/min。利用电动搅拌器，对此混浊液进行强烈搅拌，使钨粉悬浮，形成悬浊液，同时对该悬浊液进行加热，并向悬浊液内滴加10％的NaOH溶液，控制反应过程中该悬浊液的pH值为12。悬浊液温度至60℃，镀铜反应快速进行，镀液蓝色消失，钨粉变为***，镀铜反应完成，此时停止加热、搅拌和通入压缩空气。将完成化学反应的悬浊液，静置18分钟，去除上层清液，按1∶1的体积比，将浓度为37％的盐酸溶液加入留下的沉淀物中，中和多余的碱液，再静置、沉淀并倒掉多余溶液，将蒸馏水加入沉淀物，对该沉淀物进行清洗，加水量恰好没过复合粉末，然后过滤，反复清洗3遍。然后将温度为48℃的苯骈三氮唑乙醇溶液加入该沉淀物中，搅拌浸泡7min，使之钝化。之后再将钝化后的沉淀物用蒸馏水清洗6遍、无水乙醇清洗3遍并过滤，每次加入液体体积恰好没过粉末。将上述清洗后的沉淀物在空气中阴干，并置于温度为310℃还原炉内，通入流量为2.3L/min的氢气，还原3h，即制得铜包覆钨复合粉体。

实施例4

需制取1000g钨铜复合粉体，按质量百分比，各组分含量分别为钨70％，铜30％。

取700克粒径为15μm的钨粉，取浓度为40％的甲醛溶液加入钨粉中，控制甲醛溶液与钨粉的体积质量比为0.78ml/g，湿润钨粉。根据比例及修正系数计算，取五水硫酸铜1641.0g，加入82.0L蒸馏水，配成浓度为12.8g/L的硫酸铜溶液。该硫酸铜溶液中分别缓慢加入乙二胺四乙酸二钠2238.6g，控制浓度为27.3g/L，酒石酸甲钠1115.2g，控制浓度为13.6g/L，同时进行搅拌，混合均匀，形成混合液。将该混合液加入湿润的钨粉，形成混浊液。该混浊液中通入压缩空气，控制空气流量为0.9L/min。利用电动搅拌器，对此混浊液进行强烈搅拌，使钨粉悬浮，形成悬浊液，同时对该悬浊液进行加热，并向悬浊液内滴加10％的NaOH溶液，控制反应过程中该悬浊液的pH值为12.5。悬浊液温度至60℃，镀铜反应快速进行，镀液蓝色消失，钨粉变为***，镀铜反应完成，此时停止加热、搅拌和通入压缩空气。将完成化学反应的悬浊液，静置19分钟，去除上层清液，按1∶1的体积比，将浓度为38％的盐酸溶液加入留下的沉淀物中，中和多余的碱液，再静置、沉淀并倒掉多余溶液，将蒸馏水加入沉淀物，对该沉淀物进行清洗，加水量恰好没过复合粉末，然后过滤，反复清洗3遍。然后将温度为49℃的苯骈三氮唑乙醇溶液加入该沉淀物中，搅拌浸泡8min，使之钝化。之后再将钝化后的沉淀物用蒸馏水清洗6遍、无水乙醇清洗3遍并过滤，每次加入液体体积恰好没过粉末。将上述清洗后的沉淀物在空气中阴干，并置于温度为315℃还原炉内，通入流量为2.4L/min的氢气，还原3.5h，即制得铜包覆钨复合粉体。

实施例5

需制取1000g钨铜复合粉体，按质量百分比，各组分含量分别为钨50％，铜50％。

取500克粒径为20μm的钨粉，取浓度为40％的甲醛溶液加入钨粉中，控制甲醛溶液与钨粉的体积质量比为0.8ml/g，湿润钨粉。根据比例及修正系数计算，取无水硫酸铜2735.0g，加入137.0L蒸馏水，配成浓度为12.8g/L的硫酸铜溶液。该硫酸铜溶液中分别缓慢加入乙二胺四乙酸二钠3740.0g，控制浓度为27.3g/L，酒石酸甲钠1863.0g，控制浓度为13.6g/L，同时进行搅拌，混合均匀，形成混合液。将该混合液加入湿润的钨粉，形成混浊液。该混浊液中通入压缩空气，控制空气流量为1.0L/min。利用电动搅拌器，对此混浊液进行强烈搅拌，使钨粉悬浮，形成悬浊液，同时对该悬浊液进行加热，并向悬浊液内滴加10％的NaOH溶液，控制反应过程中该悬浊液的pH值为13。悬浊液温度至60℃，镀铜反应快速进行，镀液蓝色消失，钨粉变为***，镀铜反应完成，此时停止加热、搅拌和通入压缩空气。将完成化学反应的悬浊液，静置20分钟，去除上层清液，按1∶1的体积比，将浓度为38％的盐酸溶液加入留下的沉淀物中，中和多余的碱液，再静置、沉淀并倒掉多余溶液，将蒸馏水加入沉淀物，对该沉淀物进行清洗，加水量恰好没过复合粉末，然后过滤，反复清洗3遍。然后将温度为55℃的苯骈三氮唑乙醇溶液加入该沉淀物中，搅拌浸泡8min，使之钝化。之后再将钝化后的沉淀物用蒸馏水清洗6遍、无水乙醇清洗三遍并过滤，每次加入液体体积恰好没过粉末。将上述清洗后的沉淀物在空气中阴干，并置于温度为320℃还原炉内，通入流量为2.5L/min的氢气，还原4h，即制得铜包覆钨复合粉体。

下表是采用本发明方法制备的铜包覆钨复合粉体与现有技术制备的铜钨复合粉体为原料，分别制备的合金的物理性能比较(成分；Cu20W80)。

表

上表显示，采用本发明方法制得的铜包覆钨复合粉体制备的合金的导热性、硬度等物理性能明显优于以现有技术制得的铜钨复合粉体为原料制备的合金。

Claims (1)

1.一种铜包覆钨复合粉体的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

步骤1：根据所需制备的铜包覆钨复合粉体中钨的重量，取粒径为1μm～1mm的钨粉，取浓度为37％～40％的甲醛溶液加入该钨粉中，得到湿润钨粉，控制甲醛溶液与钨粉的体积质量比为0.7ml/g～0.8ml/g；

步骤2：根据所需制备的铜包覆钨复合粉体中铜的重量，取铜重量5.47倍重量的五水硫酸铜；

步骤3：在步骤2取到的五水硫酸铜中加入蒸馏水，配成浓度为12.8g/L的硫酸铜溶液，然后，在该硫酸铜溶液中缓慢加入乙二胺四乙酸二钠，控制乙二胺四乙酸二钠在溶液中的浓度为27.3g/L，再加入酒石酸甲钠，控制酒石酸甲钠在溶液中的浓度为13.6g/L，加入该两种溶液的同时进行搅拌，均匀混合，得到混合溶液；

步骤4：将步骤1得到的湿润钨粉与步骤3得到的混合溶液混合，得到混浊液；

步骤5：在步骤4得到的混浊液中通入流量为0.6L/min～1.0L/min压缩空气，并强烈搅拌，同时，向该混浊液内滴加浓度为10％的NaOH溶液，控制混浊液的PH值为11～13，并对此混浊液加热，至混浊液的蓝色消失，钨粉变成***，此时，停止加热和搅拌；

步骤6：将上步处理后的混浊液静置15分钟～20分钟，将上层清液和沉淀的粉末分离，在该粉末中加入36％～38％盐酸，盐酸与粉末的体积比为1∶1，然后静置，再将盐酸和粉末混合体中分离出清液与沉淀的粉末，用蒸馏水清洗上述盐酸处理过的粉末并过滤；

步骤7：步骤6清洗后的粉末中加入温度为45℃～55℃的苯骈三氮唑乙醇溶液，搅拌浸泡5min～8min，钝化粉末，再将该粉末分别用蒸馏水和无水乙醇清洗、过滤；

步骤8：将步骤7处理后的粉末，置于空气中阴干，然后放入温度为300℃～320℃，氢气流量为2.0L/min～2.5L/min的氢气还原炉内，还原2h～4h，即制得铜包覆钨复合粉体。