粉末冶金制品特殊的結(jié)構(gòu)和功能，使其成為新材料及高新技術(shù)發(fā)展不可或缺的組成部分，近年來(lái)，隨著下游應(yīng)用行業(yè)的快速發(fā)展以及金屬粉體應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，金屬粉體行業(yè)尤其是鐵、銅基粉末迎來(lái)了快速發(fā)展。

銅基粉末主要分為純銅粉和銅合金粉，銅粉主要包括電解銅粉、霧化銅粉、納米銅粉等，銅合金粉末包括青銅粉、黃銅粉、白銅粉、包覆粉等。

常見(jiàn)銅基粉末（圖源有研粉末官網(wǎng)）

根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝和形貌特征，銅基金屬粉末可分為電解銅粉、霧化銅及合金粉、超細(xì)銅基粉末（銅基預(yù)合金粉、超細(xì)及納米銅粉）、擴(kuò)散銅基粉末、包覆粉末（銅包鐵粉末、銅包石墨粉末、銀包銅等）等類型。

不同制備方法生產(chǎn)的銅基粉末具有不同的性能特征，從而滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的要求，其中，電解、霧化、擴(kuò)散燒結(jié)、化學(xué)包覆為主要生產(chǎn)方法。

下表是銅基粉末幾種制備方法、產(chǎn)品特性及應(yīng)用領(lǐng)域的概括：

銅基粉末的產(chǎn)品分類

1. 電解銅粉

電解銅粉雖然存在生產(chǎn)流程長(zhǎng)、能耗較高、廢水廢渣處理量大等明顯弱點(diǎn)，但因具有產(chǎn)品純度高、粉末顆粒為樹(shù)枝狀、松裝比重較低、產(chǎn)品壓制燒結(jié)性能好等顯著優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，仍是其他工藝生產(chǎn)無(wú)法替代的銅粉主流產(chǎn)品，但該工藝只能生產(chǎn)銅粉，不能生產(chǎn)合金粉。

目前國(guó)內(nèi)電解銅粉的生產(chǎn)主要有兩個(gè)趨勢(shì)：

（1）生產(chǎn)自動(dòng)化水平提升，生產(chǎn)能耗降低。通過(guò)優(yōu)化電解工藝，并對(duì)電解裝備進(jìn)行自動(dòng)化和節(jié)能設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性、減少能耗、提高回收率；

（2）擴(kuò)展電解銅粉產(chǎn)品種類系列化。例如目前已經(jīng)有一些企業(yè)開(kāi)發(fā)了高

純、低鉛、抗氧化性強(qiáng)的電解銅粉，低松比電解銅粉等適用于電碳制品、含油軸承、高鐵、導(dǎo)電漿料等領(lǐng)域應(yīng)用的細(xì)分產(chǎn)品。

2. 霧化銅及銅合金粉末

與其他制粉方法，如化學(xué)法、電解法、機(jī)械法等相比，霧化法具有合金化程度高、成分均勻、生產(chǎn)效率高、成本低、無(wú)污染等許多優(yōu)點(diǎn)，因而成為銅及銅合金粉末重要的生產(chǎn)方法。

不同的霧化介質(zhì)對(duì)銅基粉末性能的影響

目前國(guó)內(nèi)的霧化的工藝和設(shè)備發(fā)展較快，霧化粉末的應(yīng)用得到了拓展，使粉末加工改性技術(shù)得到了很大程度地提高，如化工催化劑、熱導(dǎo)材料、片狀仿金粉等銅基粉末。

霧化制備技術(shù)既能夠制備銅粉末也可以制備銅合金粉末，且工藝對(duì)環(huán)境友好，低能、低耗，符合國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略。雖然目前尚不能夠完全取代電解銅粉，但隨著我國(guó)霧化技術(shù)、噴嘴設(shè)計(jì)以及自動(dòng)化水平的不斷提高，該工藝完全取代電解工藝是銅基粉末制備技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

3. 擴(kuò)散粘接預(yù)合金化粉末

擴(kuò)散法制備的合金粉末，區(qū)別于霧化法制備完全合金化粉末，又叫部分合金化粉末，是將兩種或兩種以上成分的金屬粉末根據(jù)一定比例混合均勻后，在還原氣氛下燒結(jié)擴(kuò)散，使金屬粉末發(fā)生固溶擴(kuò)散，幾種金屬發(fā)生合金化反應(yīng)，從而形成一種成分均勻一致、無(wú)偏析的合金化粉末。

合金化的方法

一般原料金屬粉熔點(diǎn)分布廣、元素潤(rùn)濕性越好、粒徑越小制備的銅合金粉末合金化程度越高。與霧化法制備銅合金粉末相比，擴(kuò)散法制備的銅合金粉末壓縮性能更好、成形性更佳且性能更加穩(wěn)定。

4. 銅鐵復(fù)合粉及包覆粉末

（1）鋼鐵復(fù)合粉末

銅鐵復(fù)合粉末可完全或部分替代銅粉、青銅粉，鐵銅混合粉等傳統(tǒng)粉末，為粉末冶金、金剛石工具等下游產(chǎn)業(yè)提供了質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的原材料，主要制備方法有：水霧化法和化學(xué)置換法。

水霧化法制備的銅鐵復(fù)合粉末作為金剛石工具胎體粉末，低氧含量、超細(xì)化技術(shù)逐漸完善；化學(xué)法生產(chǎn)銅包鐵復(fù)合粉末在國(guó)內(nèi)已成熟，開(kāi)發(fā)出了青銅包鐵、黃銅包鐵、低銅含量（銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低達(dá)到 5%左右）等系列產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)工具等行業(yè)用精密含油軸承，制造成本較低。

（2）其他包覆粉末

其他包覆粉末主要包含銅包石墨、銀包銅、銅包鎢、銅包鉻粉等，通過(guò)合適的包覆方法，可實(shí)現(xiàn)多元素的均勻分布及更優(yōu)的產(chǎn)品性能，可應(yīng)用于軸承、金剛石工具、碳刷、導(dǎo)電材料及射孔彈頭等材料。

銅包石墨粉廣泛應(yīng)用于金剛石工具刀頭、石墨碳刷電極、觸頭材料、自潤(rùn)滑軸承等領(lǐng)域，相對(duì)于傳統(tǒng)混合法，可減少貴金屬的使用量；銀包銅粉較銀粉成本低 1/3 以上，可代替銀粉，主要應(yīng)用于導(dǎo)電膠的導(dǎo)電填料、電碳等行業(yè)；銅包鉻粉末在電觸頭材料中有著廣泛的應(yīng)用。

5. 超細(xì)銅基預(yù)合金粉末

鈷基胎體粉體材料具有良好的成形性和可燒結(jié)性，對(duì)金剛石把持力大，潤(rùn)濕好，具有良好的高溫硬性、韌性、自銳性, 綜合性能最好，應(yīng)用比較普遍。然而，鈷是戰(zhàn)略稀缺資源，價(jià)格高，使用受到很大限制。開(kāi)發(fā)、使用無(wú)鈷或低鈷配方，一直是近年來(lái)金剛石工具發(fā)展的趨勢(shì)之一。

粉末粒徑小于10 μm的超細(xì)銅鈷鐵預(yù)合金粉末已成為鈷粉及鈷混合粉的替代品，制備方法主要為化學(xué)共沉淀法，具有粒度細(xì)、粒度分布范圍窄、雜質(zhì)含量低等優(yōu)點(diǎn)。

6. 超細(xì)及納米銅粉

超細(xì)銅粉（1～5 μm）、亞微米銅粉（0.1～1 μm）及納米銅粉（0.001～0.1μm），統(tǒng)稱為微納米銅粉，不僅具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐蝕、抗菌與無(wú)磁性等特點(diǎn)，而且具有小尺寸效應(yīng)、低熔點(diǎn)、高活性的特性，在導(dǎo)電膠、集成電路印刷版、屏蔽材料、潤(rùn)滑劑、催化劑及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也廣泛應(yīng)用。

超細(xì)及納米銅粉的制備方法主要分為化學(xué)法（化學(xué)液相還原和化學(xué)氣相沉積等）、物理法和生物法。相對(duì)于化學(xué)法來(lái)說(shuō)，物理法對(duì)設(shè)備要求較高，工業(yè)生產(chǎn)成本較高。而生物法主要利用微生物及植物合成納米銅粉，不適用于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。

微納米銅粉的主要應(yīng)用

7. 銅基增材制造

粉末冶金由于受到粉末冶金過(guò)程中溫度及壓力的限制，為保證工件的致密性，要求使用的粉體材料盡可能將成形腔體填充完全；而增材制造工藝過(guò)程中，材料在熱源作用下冶金反應(yīng)速度極快，成形過(guò)程中的粉體材料與熱源直接作用，粉體材料無(wú)模具約束及外部持久壓力作用。

因此粉末冶金與增材制造工藝對(duì)金屬粉末的性能，如粒徑、球形度、粒度分布、松裝密度、流動(dòng)性、振實(shí)密度等要求都有所不同。增材制造用銅及銅合金粉末必須滿足粉末氧含量低、粒徑小、粒度分布較窄、球形度高、流動(dòng)性好和松裝密度高等要求。

增材制造使用金屬粉末當(dāng)前主要的制備方法為：等離子旋轉(zhuǎn)電極法（PREP）、等離子霧化法（PA）、氣霧化法（GA）及等離子球化法（PS）等。

近年來(lái)，在增材制造領(lǐng)域，銅及銅合金材料方面的研究逐漸增多，在三維銅基微波超材料、催化劑、熱管理、封裝互連、形狀記憶合金等領(lǐng)域都有所突破。

總結(jié)

目前銅基粉末的發(fā)展主要為三種方向：

（1）常規(guī)純銅粉和銅合金粉末的制備工藝更新、性能優(yōu)化和自動(dòng)化程度提升。技術(shù)上趨勢(shì)為由電解法到霧化法制銅粉，擴(kuò)散法制備合金粉更佳；產(chǎn)品上趨勢(shì)為由單一品類到各種細(xì)分系列化產(chǎn)品；

（2）通過(guò)包覆或精細(xì)合金化等手段進(jìn)行低成本替代，主要集中在一些成熟的傳統(tǒng)領(lǐng)域；

（3）新興領(lǐng)域的應(yīng)用擴(kuò)展，粉末往超細(xì)化、納米化、滿足高端性能要求的方向發(fā)展。

在當(dāng)前的基礎(chǔ)上銅基粉末仍有很大的發(fā)展空間，例如球形粉末制備工藝技術(shù)在增材制造、噴涂、注射成形等行業(yè)的應(yīng)用有待進(jìn)一步完善和拓展；使用要求不同的滲銅粉產(chǎn)品，系列化及穩(wěn)定性有待完善和提高；新型環(huán)保包覆法制備技術(shù)有待開(kāi)發(fā)；微納米銅粉的規(guī)模化生產(chǎn)及應(yīng)用需要發(fā)展等等。

隨著導(dǎo)熱導(dǎo)電材料、高鐵剎車片、化工催化劑、增材制造等應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)于銅基粉末的需求量將不斷增加。若您對(duì)這方面知識(shí)感興趣，歡迎關(guān)注粉體圈即將在9月17日于廣州保利世貿(mào)展覽館6號(hào)館舉辦的“2021年全國(guó)粉末冶金創(chuàng)新發(fā)展論壇暨納米金屬粉體制備與應(yīng)用研討會(huì)”，更多精彩等著您！

參考來(lái)源：

1. 中國(guó)銅基粉末產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及展望；李占榮、周友智、張敬國(guó)、張煦、付東興、賀會(huì)軍、汪禮敏（1. 有研粉末新材料股份有限公司；2. 金屬粉體材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院；3. 北京有研粉末新材料研究院有限公司）；

2. 國(guó)內(nèi)銅基粉末的制備技術(shù)及應(yīng)用研究進(jìn)展；朱清濤、梁琦明（中色奧博特銅鋁業(yè)有限公司）

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