多孔铜的制备与其与高氯酸铵的反应机理分析.pdf

1绪论 硕士论文 作温度高、压力大、腐蚀性气体含量高，这些十分恶劣复杂的工作条件下既要耐燃烧气 体的腐蚀以及耐高温与耐高压，又要要求在动态载荷下抗中毒等。因此，高性能多孔金 属材料在现代煤炭工业中无疑是举足轻重的关键性材料。 燃料电池：燃料电池是由外部供给燃料或氧化剂，用多孔材料作电极，在电解质中 将化学能直接转化为电能的装置。多孔金属材料不仅是电的良好导体，而且比表面积大， 孔径分布范围窄，电极效率高，还可焊接加工，形成大面积平板式、经典圆管式以及叠 层波纹板式结构，提高电极有效面积和单位面积的电流密度。因此多孔金属材料是燃料 电池相当理想的电极材料。泡沫镍就是制造镉．镍电池和氢．镍电池的最佳电极材料之 一，用电沉积技术制备泡沫镍的工艺，大量用于制造燃料电池的电极材料。 高温气体净化：用作高温气体除尘的材料主要有多孔陶瓷材料和多孔金属材料，其 中多孔陶瓷材料具有优良的热化学稳定性，且在高温环境以及氧化还原过程中具有很好 的抗腐蚀性，但受限于质体脆性和较差的抗热震性。相比较而言，具有很好抗热震性的 金属多孔材料如FeCrAl、FeAl金属间化合物性能更加优越，更适合用作高温过滤材料， 在催化剂载体和汽车尾气净化等方面应用广泛。 热管技术：热管是一种具有很高传热性能和优良等温性能的元件，还具有热流方向 酌可逆性、热流密度可变性、可远距离传热以及可控制温度等优点。与传统的金属散热 器相比较，热管具备低噪声、高效能的相对技术优势，成为环保型散热技术的典型代表。 因此自诞生之日起即应用于宇航航空和军事工业等高精尖行业，而今在交通、机械、冶 金、化工、医学等行业的应用前景也是十分广阔的【7嗡j。 1．2多孔铜的制备工艺 多孑L金属材料主要有多孔粉末烧结材料、多孔金属纤维材料、多孔纳米金属材料、 多孔复合金属材料、多孔藕状金属材料、泡沫金属材料以及多孔金属膜等若干大类，其 制备方法也是各具特点的。 多孔铜的制备方法多种多样，不同的制备方法与条件可以制备不同结构的多孔铜。 目前使用研究最多的方法是模板法、粉末冶金法、熔体凝固法、溅射法、去合金化法【9J等。 1．2．1模板法 制备多孔铜的模板主要有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、多孔阳 o]具有非常规则的纳米孑L洞 极氧化铝(AAO)、硅及高分子微球等。多孔阳极氧化铝膜【1 结构，孔径大小分布均匀并且排列规则有序，孔径在10．200nm之间可控，通过在AAO 膜的孔洞中组装不同金属和半导体的纳米丝，可制备高密度磁记录介质、电致变色及发 光显示器件、功能电极及光学器件。将制作好的AAO模板在真空镀膜机中蒸镀金属铜， 然后用机械方法进行铜膜的剥离，即可得到铜的孔洞阵列结构。但此方法得到的金属膜 ’ 硕士论文 多孔铜的制各及其与高氯酸铵的反应机理研究 化学稳定性和热稳定性差，容易脆裂。 1．2．2粉末冶金法 粉末冶金法可以制备出构型更为灵活、基体更为多样化的多孔金属，特别通过添加 造孔剂等手段可以制备孔隙率高达90％的泡沫金属，而且这种方法不仅可以制备多孔金 属薄膜，还可以制备厚的多孔金属体。 徐卫东…】将粒径为20岬的球形铜粉末与尿素颗粒按一定比例混合，用圆柱形不锈 钢模具压实后放入管式电炉里烧结，可以获得具有开孑L结构，孔隙率60％．80％，孔径为 100．400肛m的多孔铜。该多孔铜的屈服强度为1-5MPa，结构稳定。 1．2．3熔体凝固法 熔体凝固法是利用液态金属获得多孔金属的一类方法，此类方法适合制备熔点较低 的金属或合金。通过熔体发泡或气体注入的方法往熔体中引入气体，利用气体在熔体中 规则或不规则的扩散形成各种结构的多孔结构。 陈文革【挖]等将纯金属铜在真空炉中熔化，然后在一定压力下通入氢气，使氢气充 分溶于铜熔体中。控制相关冷却装置，在高压力下使氢气按一定方向析出，与此同时铜 也按一定方向凝固，并使其发生共晶转化，从而得到含有比较规则排列气孔的多孔铜材 料。通过这种方法制成的材料具有沿凝固方向生长的细长孔隙。 1．3氢气泡模板法及其优缺点 铜沉积技术主要包括化学气相沉积法、物理气相沉积法、电化学沉积法等方法。其 中电化学沉积法技术简单，能够简单方便的生成和消除模板，沉积速率快，