聚氨酯海绵浸渗法制备高孔隙率泡沫铜

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1、万方数据第38卷2009年第4期4月稀有金属材料与工程RAREMEllALMATERIAL，SANDENGMERn、iG、，01．38．No．4April2009聚氨酯海绵浸渗法制备高孑L隙率泡沫铜吴成，乔冠军，王红洁，金志浩(西安交通大学金属材料强度国家重点实验室，陕西西安710049)摘要：采用聚氨酯海绵浸渗法制备了具有高孔隙率(85％～95％)、通孔结构的泡沫铜。根据聚氨酯海绵浸渗法的工艺特点讨论了泡沫铜的烧结制度，分析检测了泡沫铜成分，并对一次浸渗和二次浸渗两种工艺流程制备得到的泡沫铜的孔隙形貌和压缩性能进行了对比。结果表明，通过二次浸渗工艺可以改变泡沫铜孔壁微观组织结构，并在孔隙

2、率下降不大的情况下使泡沫铜的压缩应力平台从0．5MPa提高到lMPa，这对改善材料的能量吸收性能具有重要意义。关键词：泡沫铜；烧结；浸渗；孔隙率中图法分类号：TB383；TFl25．6文献标识码：A文章编号：1002．185X(2009)04．0722．04多孔金属是近20年来国际上迅速发展起来的一种兼具功能和结构双重属性的新型工程材料【1~31。这种材料综合了低密度、高刚度、冲击吸能、消音降噪、电磁屏蔽、透气透水、低热导率以及良好的阻尼特性，因此广泛应用于航天、航空、原子能、环保及电化学等行业【41。多孔金属的制备方法丰要包括铸造【51、发泡【6】、沉积‘71、烧结【8l等。从发展方向来

3、看，大孔径(cm)立体网状及小孔径(um)、低密度高空隙率的泡沫金属是制各技术上突破的重点，国内外学者在此方面做了许多各具特色的工作[s’lo】。高孔率通孔结构的泡沫金属可通过复模铸造、沉积(电沉积和气相沉积)或固体构架[1l】等方法获得，然而这些方法都存在工艺复杂、成本高、材料选择范围窄等缺点。聚氨酯海绵浸渗法具有工艺简单、孔率可控、成本低廉等优点，是制备高孔率泡沫陶瓷的一种颇有前景的方法【121。目前，使用这种方法制备泡沫金属的研究报道还很少。本研究借鉴此方法，以聚氨酯海绵为模板，通过探索合适的工艺路线制备高孔率通孔结构的泡沫铜并对其成分、组织结构及压缩性能进行了分析检测。1实验实验所

4、用材料为纯度99．7％的紫铜粉、9PPI聚氨酯海绵(PU)、4％的NaOH溶液、100,6聚乙烯醇(PVA)、5％甲基纤维素(MC)溶液、表面活性剂(自制)、l％氨水。铜粉购于上海旦迪金属材料有限公司，粒度为4．5～38pm，粉末颗粒为片状。聚氨酯海绵购于北京泡绵总公司。首先选用泡孔均匀、高开孔率的聚氨酯海绵并采用4％的NaOH溶液做浸泡处理，目的是去除油渍及增加表面粗糙度以改善海绵与水基浆料之间的润湿性和粘附性。按一定配比将铜粉、水、聚乙烯醇、甲基纤维素、表面活性剂和氨水调制成浆料，室温下静置24h，其中聚乙烯醇、甲基纤维素分别作粘结剂和分散剂，表面活性剂和氨水用于改善浆料的流变特性。然

5、后对海绵进行反复浸渗，以流动空气去除多余浆料，干燥后形成泡沫体素坯，经焙烧使聚氨酯海绵分解，．同时铜在空气中氧化形成氧化铜。然后将氧化铜泡沫体在900℃高真空下使金属氧化物分解并在950℃进行烧结，即获得高孔隙率通孔结构的泡沫铜。在此工艺中，为提高泡沫铜性能，在氧化铜泡沫体分解成铜泡沫体后对其进行二次浸渗，然后再进行烧结。图l为泡沫铜实物照片。以D／MAX．RA型X射线衍射仪测定试样的相成分；用S-2700型扫描电子显微镜观察试样的微观形貌；用SANS．CMT5104A型电子万能试验机测定压缩性能，试样尺寸为25mmx30mmx27mm，压头运动速度为2mm／min。收到初稿日期：2008

6、．03．31；收到修改稿日期：2008-06．20基金项目：国家“973”项目(2006CB601201)作者简介：吴成，男，1976年生，博士生，西安交通大学材料科学与工程学院，陕西西安710049，电话：029．82665221，E-mail：wuchen92001@163．corn万方数据第4期吴成等：聚氯酯海绵浸渗法制备高孔隙率泡沫铜·723·图1泡沫铜样品照片Fig．1PhotographofCufoamsample2结果与讨论2．1泡沫铜烧结制度泡沫铜烧结制度主要包括3个阶段：聚氨酯海绵分解阶段(室温~350℃、空气)、氧化铜分解阶段(室温--900℃、真空度5×10。2Pa)

7、和泡沫铜烧结阶段(900一x)50℃、真空度13Pa)。Yoshitake等【l3】认为聚氨酯的热分解开始于170-200℃，当温度达到300℃左右，聚氨酯分解完成。在第1阶段应控制加热速率，如果升温过快，会因有机物剧烈氧化产生大黄气体造成泡沫体坍塌、开裂，本实验在第1阶段的升温速率控制在0．3℃／min左右。在去除海绵的过程中，泡沫铜素坯在220℃氧化为无强度的黑色氧化铜泡沫坯体，因此第2阶段的目的是在高真空条件下将其