概述
1.1 銅及銅合金粉末與制品引言
銅為元素周期表中第一副族, 元素符號為Cu, 原子序數(shù)29, 原子量63.546, 密度為8.89 g/cm3, 熔點為1 083℃, 沸點約2 500℃, 標(biāo)準(zhǔn)電位為+0.34 V, 比熱容為0.384 3 J/(g·K)。
純銅呈玫瑰紅色、 金屬光澤, 但表面氧化后形成氧化銅薄膜, 外觀呈紫色, 因此通常稱為紫銅, 其純度通常大于99.5%。純銅具有良好的韌性、 可加工性, 在室溫下其延展性可達30%~45%(軟態(tài))、 4%~6%(硬態(tài)), 抗拉強度216~235 MPa(軟態(tài))、 363~412 MPa(硬態(tài))。銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能, 電導(dǎo)率為58 MS/m(電阻率1.724×10-2 μΩ·m), 導(dǎo)熱率為400 W/(m·K), 熱膨脹系數(shù)為16.8×10-6/K, 是應(yīng)用最廣泛的導(dǎo)電材料和傳熱材料之一, 廣泛應(yīng)用于家電、 電力、 汽車、 鐵路、 建筑、 船舶等幾乎所有的行業(yè)。
20世紀(jì)20年代潤滑多孔性青銅軸承的發(fā)明和發(fā)展, 對銅粉的工業(yè)性生產(chǎn)起了極大的促進作用。最早的銅粉生產(chǎn)方法是還原銅的氧化物和電解法。20世紀(jì)30年代置換沉淀法規(guī)?；a(chǎn)的銅粉開始應(yīng)用于銅基摩擦材料。20世紀(jì)50年代霧化法和水冶法陸續(xù)開發(fā)成功, 并實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn), 尤其是霧化法發(fā)展特別迅速, 到20世紀(jì)90年代已經(jīng)成為一種制備銅及銅合金粉末的主要方法。
銅氧化物還原是一種比較古老的方法。它是將銅加工過程下來的銅鱗進行還原, 然后破碎制備銅粉。這種方法制備的銅粉粒度一般較粗, 目前的生產(chǎn)量較小。
在20世紀(jì)20年代早期, 美國新澤西州卡爾特萊特自治區(qū)的金屬精煉廠(USMR)開始生產(chǎn)電解銅粉, 擁有大型的電解槽, 每月生產(chǎn)銅粉末最多達455 t。電解法制備銅粉來源于電解銅的生產(chǎn), 其主要工藝是通過加大電流密度、 降低銅離子濃度, 從而獲得電解銅粉。所制得的銅粉呈樹枝狀, 成形性好。目前全球電解銅粉的年產(chǎn)量約4萬t, 占純銅粉的70%以上, 為最主要的制備方法。
隨著產(chǎn)品對銅及銅合金粉末的需求, 出現(xiàn)了霧化制粉工藝, 包括氣霧化、 水霧化及其他霧化工藝, 前兩種為主要的銅及銅合金粉末生產(chǎn)工藝, 占霧化銅及銅合金粉末產(chǎn)量的90%以上。具有生產(chǎn)成本低、 無污染等優(yōu)點。為了進一步降低霧化銅粉的松裝密度, 將霧化銅粉進行氧化, 然后再還原制備出低松裝密度的銅粉, 可以部分取代電解銅粉的使用, 但是對于電碳、 冷壓金剛石工具等對成形性要求非常高的應(yīng)用, 還不能取代。
據(jù)不完全統(tǒng)計, 2009年全球銅及銅合金粉末的產(chǎn)量在10萬t以上, 主要應(yīng)用有含油軸承、 粉末冶金零部件、 金剛石工具、 電碳等, 占總產(chǎn)量的90%以上。
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