一種增強泡沫銅在較高溫度下抗氧化能力的方法
【專利摘要】本發明涉及一種增強泡沫銅在較高溫度下抗氧化能力的方法，包括以下步驟：將泡沫銅放入無氧反應器中，抽真空并通入惰性氣體，加熱使泡沫銅達到一定反應溫度；向無氧反應器中通入含碳氣體，在一定氣壓下反應一定時間，待爐內溫度冷卻至室溫，得到的泡沫銅表面覆蓋了一層致密的超薄碳膜，使得泡沫銅在較高溫度下的抗氧化能力與未處理前相比明顯提高，并且不會對泡沫銅的其他各種物理參數造成明顯影響。本發明重復性高、簡單易行。
【專利說明】一種增強泡沬銅在較高溫度下抗氧化能力的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬金屬表面防護領域，特別是涉及增強泡沫銅在較高溫度下抗氧化能力的方法。
【背景技術】
[0002]多孔泡沫金屬是一種金屬基體中含有一定數量、一定尺寸孔徑、一定空隙率的多孔結構的金屬材料，是當前材料科學中發展迅猛的一種材料。多孔金屬材料具有立體多層三維結構、高通透性、孔徑可調等特點，因此兼有功能材料和結構材料的雙重作用。多孔金屬材料具有阻尼、減震、降噪、隔熱、阻燃、過濾、布氣、電子屏蔽等功能，在生產生活中有著廣泛的應用。泡沫銅是泡沫金屬中的一種，具有以上提到的泡沫金屬共有的特點和功能。同時，由于金屬銅本身具有相對其他常用金屬更好的導熱性能，使得泡沫銅相對于其他泡沫金屬在散熱材料方面更具優勢，因此泡沫銅被廣發用于電機、電器以及電子元器件的導熱散熱；由于泡沫銅優良的導熱性能，使其成為性能優異的阻燃材料，在國外很多先進的消防器材上獲得應用，尤其作為火焰隔離器材具有優異的效果。但是，相比于其他金屬(比如鎳)，銅比較容易氧化，在較高溫度的環境中氧化速度更快，考慮到作為散熱或者導熱材料(或器件)往往在較高溫度環境下工作，這一特點勢必影響泡沫銅在高溫環境下的工作性能和工作壽命。[0003]因此，提高泡沫銅在較高溫度下的抗氧化能力，對于保證和延長其作為散熱或者導熱器件的工作性能以及工作壽命意義重大。目前增強泡沫銅抗氧化性能的一種途徑是通過化學方法在泡沫銅表面制備一層薄的有機層，這種方法處理過的泡沫銅在常溫下的抗氧化能力顯著提高，但是在高溫環境下的抗氧化能力卻沒有提高。
【發明內容】
[0004]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種增強泡沫銅在較高溫度下抗氧化能力的方法，用于解決現有技術中泡沫銅在高溫環境下的抗氧化能力較低的問題。
[0005]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種增強泡沫銅在較高溫度下抗氧化能力的方法，其特征在于:該方法包括以下步驟:
[0006]將泡沫銅放入無氧反應器中，抽真空并通入惰性氣體，加熱使泡沫銅達到一定反應溫度；向無氧反應器中通入含碳氣體，在一定氣壓下反應一定時間，待爐內溫度冷卻至室溫，得到的泡沫銅表面覆蓋了一層致密的超薄碳膜，用于提高泡沫銅在較高溫度下的抗氧化能力。
[0007]優選地，所述無氧反應器包括石英管、包圍所述石英管的加熱爐體、位于該石英管內的襯底托、位于該石英管上方的進氣氣路以及位于該石英管底部的出氣氣路。
[0008]優選地，所述的泡沫銅為純銅或者銅合金制備的三維網狀材料。
[0009]優選地，所述一定反應溫度為20°C到1100°C。[0010]優選地，所述一定氣壓為0.l-7600torr。
[0011]優選地，所述一定時間為大于零小于9999min。
[0012]優選地，所述含碳氣體為一氧化碳、甲烷、乙炔、乙醇、苯、甲苯、環己烷、酞菁中的一種或幾種的組合。
[0013]優選地，所述含碳氣體為通過加熱含碳元素液體或固態材料獲得的含碳氣體。
[0014]優選地，所述較高溫度為20°C到200°C。
[0015]優選地，將泡沫銅放入無氧反應器之前還包括將該泡沫銅依次用四氯化碳、丙酮、酒精、去離子水超聲清洗后烘干的步驟。
[0016]本發明通過在泡沫銅表面生長一層致密的超薄碳膜來提高泡沫銅的抗氧化能力，同時由于碳薄膜擁有非常高的透光率和導熱能力，因此不會對泡沫銅本身的形狀、厚度、孔徑、孔隙率、體密度、導熱等主要參數產生明顯影響。本發明的方法重復性高、簡單易行，可明顯提高泡沫銅在較高溫度下的抗氧化能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明無氧反應器結構示意圖；其中，I為進氣氣路，2為出氣氣路，3為襯底托，4為加熱爐體,5為石英管；
[0018]圖2為泡沫銅經本發明實例I處理后與處理前的對比照片。
[0019]圖3a_3d為三種樣品隨溫度變化的照片，從左至右依次為未經任何處理的泡沫銅、經化學方法處理過在常溫下就較好抗氧化能力的泡沫銅和本方法處理過的泡沫銅。其中3a為未加熱前三個樣品的照片；3b為加熱溫度到達150°C時三個樣品的照片；3c為加熱溫度到達180°C時三個樣品的照片；3d為加熱溫度到達180°C后保持10分鐘后三個樣品的照片。
【具體實施方式】
[0020]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0021]請參閱圖1至圖3d所示。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0022]一種增強泡沫銅在較高溫度下(該較高溫度為20°C到200°C)抗氧化能力的方法，該方法包括以下步驟:將泡沫銅放入無氧反應器中，抽真空并通入惰性氣體，加熱使泡沫銅達到一定反應溫度(該反應溫度為20°C到IlO(TC);向無氧反應器中通入含碳氣體，在一定氣壓下(該氣壓為0.l-7600torr)反應一定時間(該時間為大于零小于9999min)，待爐內溫度冷卻至室溫，得到的泡沫銅表面覆蓋了一層致密的超薄碳膜，用于提高泡沫銅在較高溫度下的抗氧化能力。所述的泡沫銅為純銅或者銅合金制備的三維網狀材料。將泡沫銅放入無氧反應器之前還包括將該泡沫銅依次用四氯化碳、丙酮、酒精、去離子水超聲清洗后烘干的步驟。
[0023]如圖1所示，所述無氧反應器包括石英管5、包圍所述石英管5的加熱爐體4、位于該石英管5內的襯底托3、位于該石英管5上方的進氣氣路I以及位于該石英管5底部的出氣氣路2。所述襯底托3用于放置泡沫銅，其位置在石英管5內的進氣氣路I和出氣氣路2之間。
[0024]所述含碳氣體為一氧化碳、甲烷、乙炔、乙醇、苯、甲苯、環己烷、酞菁中的一種或幾種的組合。也可以為通過加熱含碳元素液體或固態材料獲得的含碳氣體。
[0025]具體的，一種增強泡沫銅在較高溫度下(該較高溫度為20°C到200°C )抗氧化能力的方法，其包括以下步驟: [0026]I)無氧反應器如圖1所示，泡沫銅放置在襯底托3中央，加熱爐體4置于石英管5的外部并包圍石英管，然后使用真空泵抽去石英管5內空氣，通入惰性保護氣體(如氬氣、氮氣等)后開始加熱，加熱時也可以通入非氧化性氣體，如氫氣；
[0027]2)當爐體中心溫度達到一定溫度(20-1100°C)時，在惰性保護氣體或非氧化性氣體的氣氛中，通入適量氫氣去除泡沫銅表面的氧化物；
[0028]3)通入含碳氣體(如一氧化碳、甲烷、乙炔、乙醇、苯、甲苯、環己烷、酞菁或通過加熱其他含碳元素液體或者固體材料得到的含碳氣體)，并使石英管中的壓力達到一定數值(0.l-7600torr)；
[0029]4)待反應進行0.1-9999分鐘后，停止通入含碳氣體，同時停止加熱,繼續通入惰性保護氣體或非氧化性氣體冷卻到室溫，可以是快速降溫或隨爐體緩慢降溫，降溫速率可以是0.rc /s到100°C /s中任意一種。
[0030]實施例
[0031]I)將泡沫銅依次用四氯化碳、丙酮、酒精、去離子水超聲清洗后烘干，放入無氧反應器石英管內的襯底托中央。用真空泵抽除石英管內空氣并通入Ar氣至常壓，而后保持300SCCMAr流量條件下加熱。
[0032]2)當爐體內襯底托的溫度達到1000°C時，將Ar氣流量調至1000SCCM，同時通入200SCCM氫氣H2,保持30分鐘。
[0033]3)將氫氣調至5SCCM，向石英管內通入5SCCM甲烷作為碳源氣體，同時使石英管內保持常壓(Iatm),反應開始；
[0034]4)反應進行10分鐘后停止通入甲烷和氫氣，繼續通入1000SCCM Ar氣，待爐內溫度緩慢冷卻(速率約為1°C /s)至室溫后，取出樣品。
[0035]泡沫銅處理前后的對比照片如圖2所示。圖2展示了泡沫銅經本方法處理前后的對比照片，其中左邊為本方法處理前的泡沫銅照片，右邊為經過本方法處理后的泡沫銅照片。從圖2可以看出經本方法處理過的泡沫銅顏色相比處理之前更亮，原因是未經處理的泡沫銅表面已經被氧化，表面覆蓋氧化銅薄層。
[0036]本方法處理過的泡沫銅已經在高溫條件下被氫氣還原從而將氧化銅薄層去除，而后的處理過程又為泡沫銅表面覆蓋了一層致密的抗氧化超薄碳膜避免了暴露空氣后再次氧化，而且因為碳薄膜在可見光范圍內的透光率非常高，基本不會對泡沫銅表面的顏色產生影響。除此之外，由于覆蓋泡沫銅的碳膜極薄而且導熱性能良好，因此本方法不會對泡沫銅的形狀、厚度、孔徑、孔隙率、體密度、導熱系數等其他參數造成明顯影響。[0037]經本方法處理過的泡沫銅與未經本方法處理過的兩種泡沫銅在較高溫度條件下的抗氧化性能對比如圖33a_3d所示:
[0038]圖3a_3d展示了三種泡沫銅以及其隨溫度變化的照片，從左往右依次為未經任何處理的泡沫銅和經過化學方法處理過的表面具有抗氧化涂層的泡沫銅以及經本方法處理過的泡沫銅。其中3a為未加熱前三個樣品的照片；3b為加熱溫度到達150°C時三個樣品的照片；3c為加熱溫度到達180°C時三個樣品的照片；3d為加熱溫度到達180°C后保持10分鐘后三個樣品的照片。
[0039]從圖3a_3d可以看出，隨著溫度的升高前兩種泡沫銅的顏色迅速改變，說明未經處理過的泡沫銅在高溫條件下氧化速度很快，而經過化學處理的表面具有抗氧化涂層的泡沫銅在高溫條件下的抗氧化能力也很差；而經過本方法處理過的氧化銅顏色始終沒有明顯變化，說明泡沫銅在經過本方法處理后在較高溫度條件下的抗氧化能力明顯提高。[0040]綜上所述，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0041]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種增強泡沫銅在較高溫度下抗氧化能力的方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: 將泡沫銅放入無氧反應器中，抽真空并通入惰性氣體，加熱使泡沫銅達到一定反應溫度；向無氧反應器中通入含碳氣體，在一定氣壓下反應一定時間，待爐內溫度冷卻至室溫，得到的泡沫銅表面覆蓋了一層致密的超薄碳膜，用于提高泡沫銅在較高溫度下的抗氧化能力。
2.根據權利要求1所述的增強泡沫銅在較高溫度下抗氧化能力的方法，其特征在于:所述無氧反應器包括石英管(5)、包圍所述石英管(5)的加熱爐體(4)、位于該石英管(5)內的襯底托(3)、位于該石英管(5)上方的進氣氣路(I)以及位于該石英管(5)底部的出氣氣路⑵。
3.根據權利要求1所述的增強泡沫銅在較高溫度下抗氧化能力的方法，其特征在于:所述的泡沫銅為純銅或者銅合金制備的三維網狀材料。
4.根據權利要求1所述的增強泡沫銅在較高溫度下抗氧化能力的方法，其特征在于:所述一定反應溫度為20°C到1100°C。
5.根據權利要求1所述的增強泡沫銅在較高溫度下抗氧化能力的方法，其特征在于:所述一定氣壓為0.l-7600torr。
6.根據權利要求1所述的增強泡沫銅在較高溫度下抗氧化能力的方法，其特征在于:所述一定時間為大于零小于9999min。
7.根據權利要求1所述的增強泡沫銅在較高溫度下抗氧化能力的方法，其特征在于:所述含碳氣體為一氧化碳、甲烷、乙炔、乙醇、苯、甲苯、環己烷、酞菁中的一種或幾種的組口 ο
8.根據權利要求1所述的增強泡沫銅在較高溫度下抗氧化能力的方法，其特征在于:所述含碳氣體為通過加熱含碳元素液體或固態材料獲得的含碳氣體。
9.根據權利要求1所述的增強泡沫銅在較高溫度下抗氧化能力的方法，其特征在于:所述較高溫度為20°C到200°C。
10.根據權利要求1所述的增強泡沫銅在較高溫度下抗氧化能力的方法，其特征在于:將泡沫銅放入無氧反應器之前還包括將該泡沫銅依次用四氯化碳、丙酮、酒精、去離子水超聲清洗后烘干的步驟。
【文檔編號】C23C16/26GK103924207SQ201310009300
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年1月10日 優先權日:2013年1月10日
【發明者】張燕輝, 于廣輝, 陳志鎣, 王彬, 張浩然 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所