一种适用于3D打印的纳米碳化硅颗粒增强铜基球形金属粉体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于3D打印的纳米碳化硅颗粒增强铜基球形金属粉体的制备方法。本发明专利技术通过熔盐‑超声分散的方法，将小尺寸的纳米碳化硅颗粒弥散添加到铜粉当中，利用碳化硅高硬度、高强度、使用温度高、热膨胀系数小的优点，制备得到的材料能够有效地弥补了纯铜材料使用温度低、高温强度差、易磨损的不足，使得纯铜材料的室温和高温力学性能得到有效的提高。本发明专利技术的制备方法具有制备过程简单、工艺可控、重复性好、材料体系便于调节、适于实验室及工业化小批量生产的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于3D打印的纳米碳化硅颗粒增强铜基球形金属粉体及其制备方法
本专利技术涉及增材制造材料
，具体涉及一种适用于3D打印的纳米碳化硅颗粒增强铜基球形金属粉体及其制备方法。
技术介绍
纯铜具有高导电、高导热、耐腐蚀、延展性好等性能，因此被广泛应用于电力、电子、散热组件、机械制造等工业领域。但纯铜的强度、硬度相对较低，耐热性和耐磨性差，从而限制了它的使用条件和寿命。因此，提高纯铜材料的相关物理性能是目前工业界面临的一个现实问题。陶瓷颗粒增强铜基复合材料又称弥散强化铜，是在纯铜基体中加入弥散分布的增强相陶瓷颗粒而形成的一类金属基复合材料。增强相主要选择具有高强度、高硬度、高熔点的氧化物、碳化物、或硼化物陶瓷颗粒，如Al2O3、ZrO2、WC、SiC、TiC、TiB2等。由于增强相含量相对较低、分布较为均匀、颗粒细小，所以基本保持了铜的物理性能。另外增强相陶瓷颗粒在铜基体中弥散分布，颗粒的钉扎作用可以有效地阻碍铜基体的位错运动，因此能够极大提高材料的力学性能。传统的增强相材料主要以微米或亚微米尺寸的颗粒为主，其物理性能虽有改善但仍有进一步提高的空间。有研究表明，与传统的微米或亚微米尺寸的颗粒相比，同质量或同体积分数的纳米颗粒在基体中的强化效果要更加明显。与此同时，近年来纳米技术的飞速发展也使得纳米材料逐渐成熟，相关的纳米材料也由实验室研究转入到工业化生产，这就使得纳米原材料的价格逐渐被人们所接受。同时，稳定的原材料也为纳米陶瓷颗粒增强铜基复合材料的制备提供了有效的保证。3D打印技术今10年来飞速发展的一项新型增材制造技术，得益于计算机的精确控制，该技术具有成型精度高、快速、节省材料的特点，近年来已广泛应用于航空航天、医疗器械、精密制造等工业领域。但是对于纯铜而言，由于其高导热、高反光特性，热传导和反射的激光能量在铜粉相邻的区域形成较高的温度区，导致铜粉发生球结晶，难以形成致密的冶金结合，使得纯铜制品的3D打印难度大、功耗较高。因此，在降低纯铜材料高反光特性的同时，提高铜基粉体的力学性能对于降低其制造难度和推动3D打印铜基材料在相关领域的应用具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决纯铜材料由于高反光、高导热而导致难打印问题的同时，改善纯铜材高温强度、耐磨性差的不足，进而提供一种制备适用于3D打印的纳米碳化硅颗粒增强球形铜基复合材料的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种适用于3D打印的纳米碳化硅颗粒增强铜基球形金属粉体的制备方法，包括以下步骤：S1：按比例称取包含纳米碳化硅、铜粉和无机盐的原料，将原料置于混料机上进行球磨，其中，铜粉和纳米碳化硅的体积之和与无机盐的体积比为3:97～15:85，且纳米碳化硅与铜粉的体积比为0.1:1～1:1；S2：将球磨后的混合物进行过筛，得到含有铜粉、纳米碳化硅和无机盐的原料粉体；S3：将步骤S2得到的原料粉体置于真空熔炼炉中进行加热熔化，将熔体进行超声分散后冷却；S4：将冷却后的块状固体进行粉碎，粉碎后的颗粒尺寸小于5mm，后将粉碎的颗粒用去离子水进行溶解并搅拌；S5：将溶解后的悬浊液进行沉淀，再将上层悬浊液倒出，留下底层黑色的颗粒状物质，并重复步骤S5多次；S6：步骤S5得到的底层混合溶液进行抽滤、烘干后，得到黑色粉体，黑色粉体经粉碎、过筛，即可得到所述纳米碳化硅颗粒增强铜基球形金属粉体。优选地，步骤S1中，铜粉和纳米碳化硅的体积之和与无机盐的体积比为5:95～10:90。优选地，步骤S1中，纳米碳化硅与铜粉的体积比为0.5:1～1:1。优选地，步骤S1中，球磨介质为氧化锆研磨球，氧化锆研磨球和原料的质量比为3:1～5:1，球磨时间为12h～24h，球磨转速为250～300r/min。优选地，所述无机盐为氯化钾、氯化钡中的至少一种。优选地，步骤S1中，纳米碳化硅的平均粒径为40nm～60nm。优选地，步骤S1中，铜粉的平均粒径为45～80μm。优选地，步骤S1中，无机盐的平均粒径为500～650μm。优选地，步骤S3中，熔化温度为1100℃～1150℃，保温时间为5min～10min，超声分散时间为2min～3min，超声功率为800～1000W。优选地，步骤S3中，将陶瓷超声探头深入到熔体当中进行超声分散，且陶瓷超声探头深入到熔体当中时，探头尖端位于熔体液面以下三分之二处。优选地，步骤S5中，悬浊液的沉淀时间为1～2min。优选地，步骤S6中，烘干的温度为100℃～150℃。本专利技术还提供了根据上述方法制备得到的适用于3D打印的纳米碳化硅颗粒增强铜基球形金属粉体。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过熔盐-超声分散的方法，将小尺寸的纳米碳化硅颗粒弥散添加到铜粉当中，利用碳化硅高硬度、高强度、使用温度高、热膨胀系数小的优点，制备出的材料能够有效地弥补了纯铜材料使用温度低、高温强度差、易磨损的不足，使得纯铜材料的室温和高温力学性能得到有效的提高。本专利技术所得到的纳米碳化硅颗粒增强铜基球形粉体具有更高的室温和高温强度、硬度和耐磨性能。这为扩展铜基复合材料在工业领域中的应用提供了原料上的保证。同时，纳米碳化硅颗粒的引入解决了激光在铜粉表面的低吸收、高反射的问题，从而降低了纯铜粉体难打印和能耗高的难题，进而能够进一步推进3D打印技术在铜基复合材料制备上的应用和推广。本专利技术的制备方法具有流程简单，便于操作，重复性强，部分原料可再回收使用的特点，这也符合国家提倡的绿色环保的发展理念。附图说明图1为实施例1制备的纳米碳化硅颗粒增强铜基球形金属粉体的XRD图谱。图2为实施例1制备的纳米碳化硅颗粒增强铜基球形金属粉体的SEM图。具体实施方式为更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本专利技术进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。本专利技术的实施例提供了一种适用于3D打印的纳米碳化硅颗粒增强铜基球形金属粉体的制备方法，该方法具体包括以下步骤：S1：按比例称取包含纳米碳化硅、铜粉和无机盐的原料，将原料置于混料机上进行球磨，其中，铜粉和纳米碳化硅的体积之和与无机盐的体积比为3:97～15:85，且纳米碳化硅与铜粉的体积比为0.1:1～1:1；S2：将球磨后的混合物进行过筛，得到含有铜粉、纳米碳化硅和无机盐的原料粉体；S3：将步骤S2得到的原料粉体置于真空熔炼炉中进行加热熔化，将熔体进行超声分散后冷却；S4：将冷却后的块状固体进行粉碎，粉碎后的颗粒尺寸小于5mm，后将粉碎的颗粒用去离子水进行溶解并搅拌；S5：将溶解后的悬浊液进行沉淀，再将上层悬浊液倒出，留下底层黑色的颗粒状物质，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于3D打印的纳米碳化硅颗粒增强铜基球形金属粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：按比例称取包含纳米碳化硅、铜粉和无机盐的原料，将原料置于混料机上进行球磨，其中，铜粉和纳米碳化硅的体积之和与无机盐的体积比为3:97～15:85，且纳米碳化硅与铜粉的体积比为0.1:1～1:1；/nS2：将球磨后的混合物进行过筛，得到含有铜粉、纳米碳化硅和无机盐的原料粉体；/nS3：将步骤S2得到的原料粉体置于真空熔炼炉中进行加热熔化，将熔体进行超声分散后冷却；/nS4：将冷却后的块状固体进行粉碎，粉碎后的颗粒尺寸小于5mm，后将粉碎的颗粒用去离子水进行溶解并搅拌；/nS5：将溶解后的悬浊液进行沉淀，再将上层悬浊液倒出，留下底层黑色的颗粒状物质，并重复步骤S5多次；/nS6：步骤S5得到的底层混合溶液进行抽滤、烘干后，得到黑色粉体，黑色粉体经粉碎、过筛，即可得到所述纳米碳化硅颗粒增强铜基球形金属粉体。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于3D打印的纳米碳化硅颗粒增强铜基球形金属粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按比例称取包含纳米碳化硅、铜粉和无机盐的原料，将原料置于混料机上进行球磨，其中，铜粉和纳米碳化硅的体积之和与无机盐的体积比为3:97～15:85，且纳米碳化硅与铜粉的体积比为0.1:1～1:1；
S2：将球磨后的混合物进行过筛，得到含有铜粉、纳米碳化硅和无机盐的原料粉体；
S3：将步骤S2得到的原料粉体置于真空熔炼炉中进行加热熔化，将熔体进行超声分散后冷却；
S4：将冷却后的块状固体进行粉碎，粉碎后的颗粒尺寸小于5mm，后将粉碎的颗粒用去离子水进行溶解并搅拌；
S5：将溶解后的悬浊液进行沉淀，再将上层悬浊液倒出，留下底层黑色的颗粒状物质，并重复步骤S5多次；
S6：步骤S5得到的底层混合溶液进行抽滤、烘干后，得到黑色粉体，黑色粉体经粉碎、过筛，即可得到所述纳米碳化硅颗粒增强铜基球形金属粉体。


2.根据权利要求1所述的适用于3D打印的纳米碳化硅颗粒增强铜基球形金属粉体的制备方法，其特征在于，步骤S1中，铜粉和纳米碳化硅的体积之和与无机盐的体积比为5:95～10:90。


3.根据权利要求1或2所述的适用于3D打印的纳米碳化硅颗粒增强铜基球形金属粉体的制备方法，其特征在于，步骤S1中，纳米碳化硅与铜粉的体积比为0.5:1～1:1。


4.根据权利要求1所述的适用于3D打印的纳米碳化硅颗粒增强铜...

【专利技术属性】
技术研发人员：田卓，路建宁，冯晓伟，林颖菲，冯波，
申请(专利权)人：广东省科学院材料与加工研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44