高致密度纳米晶铜块体材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种高致密度纳米晶铜块体材料的制备方法，属于纳米晶块体材料制备技术领域。该方法采用在大气环境中对惰性气体沉积原位温压法制备的纳米晶铜块体材料进行高电流密度脉冲处理，简单、便捷，可控性好，所制备的纳米晶铜块体材料的最大直径为25mm，最大厚度为9.9mm，平均晶粒尺寸为27~45nm，致密度为99.71~99.93%。该方法制成的纳米晶铜块体材料的热稳定性较好，在350℃以下晶粒长大不明显。该方法可制成的纳米晶块体材料种类比较多，除铜外，也适用银、铁等材料。

主权项

一种高致密度的纳米晶铜块体材料的制备方法，其特征在于它的步骤如下：1）采用纯度大于99.9%的多晶铜块体作为原材料，放入惰性气体沉积原位温压块体纳米材料制备装置中的蒸发室里的坩埚中，将蒸发室抽真空至4×10‑5~5×10‑5 Pa后充入1800~2000 Pa的高纯氩气，用电弧等离子体将坩埚里的多晶铜块体加热蒸发，在惰性气体对流的作用下，蒸发出的纳米晶铜粒子在旋转的液氮冷阱外壁上快速冷凝，每隔60~70秒就用聚四氟乙烯刮刀将冷阱外壁上冷凝的纳米晶铜粒子刮下收集到取料斗里，蒸发制粉结束后对蒸发室和热压室抽真空至4×10‑5~5×10‑5Pa，开启蒸发室和热压室之间的真空阀，用机械手将取料斗里的纳米晶铜粉送入热压室的模具中，模具直径为25mm、高度为200 mm，在温度200℃、成型压强1 GPa、保温20分钟、保压l小时的条件下，将纳米晶铜粉温压成直径为25mm，厚度为10mm的纳米晶铜块体材料；2）对纳米晶铜块体材料上下表面进行1000号水砂纸打磨和丙酮清理后，将其放入高电流密度脉冲处理装置的上下压头之间，启动高电流密度脉冲处理装置，在18~20MPa压强下对纳米晶铜块体材料进行高电流密度脉冲处理，脉冲电流波形为正弦衰减波，放电周期约为175µs，第一个脉冲的电流幅值为65000~70000A，每次脉冲处理的持续时间约为700µs，对纳米晶铜块体材料进行2~3次高电流密度脉冲处理，处理间隔时间为10分钟，脉冲处理结束后抬高上压头取出块体材料，即可得到高致密度的纳米晶铜块体材料。