摘要
超细铜粉在化学、环境治理和电子等领域具有广泛的应用前景。目前超细铜粉主要采用化学法制备，但复杂的制备流程复杂导致其成本较高，使超细铜粉的应用受到限制。球磨技术是制备超细粉末的一种重要方法，但对于高延展性纯铜，常规球磨过程中容易发生塑性变形和冷焊而无法被高效细化。本文在常规球磨的基础上添加一定数量直径0.5mm的不锈钢微球作为微细磨料制备铜粉，采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、XRD、激光粒度检测、比表面积检测(BET)、等离子光谱仪(ICP)和XPS等研究球磨参数对粉末微观形貌、成分和性能的影响，探讨了粉末细化机理。本研究对于细化铜粉和提高超细粉末的制备质量具有重要的指导意义。 采用常规球磨方法制备Cu2O粉和铜粉。结果表明，由于Cu2O粉质地较脆，经湿磨和干磨均能实现颗粒细化。Cu2O粉经干磨30h和湿磨80h达到球磨极限，粒径分别为0.42μm和0.73μm。Cu粉由于塑性变形能力较强，经真空干磨20h后颗粒仍呈粗大的扁平状，平均粒径为5.7μm;在氧气辅助下球磨，可促进Cu粉细化，颗粒由扁平状变为大量微细颗粒组成的团聚体，但50h才能达到球磨极限，粉末粒径为1.4μm。 采用添加不锈钢微球作为微细磨料进行球磨，在真空条件下，控制微细磨料与Cu粉质量比1∶1和球磨转速300μm，可获得粒径为3μm的片状铜粉;在氧气辅助条件下，微细球磨30h后软团聚体粒径约为375.4nm，由100～200nm的细小颗粒组成;XRD结果表明，Cu粉经微细球磨20h后，全部转变为Cu2+1O。建立的三球模型表示，这是由于微细球磨过程中频繁出现的斜碰撞在不改变总球磨能量的前提下，提高了球磨能量的利用效率;同时，氧气与破碎的新鲜金属表面发生反应，生成了稳定的Cu2+1O氧化膜，阻碍了粉末颗粒之间的冷焊;随着球磨时间的延长，Cu2+1O逐层剥离，最终全部转变成Cu2+1O纳米颗粒。 采用湿磨、超声处理和离心分离对Cu2+1O软团聚体进行分散和分选处理。结果表明，采用乙醇湿磨10h，后添加10vol.％的乙二醇-乙醇溶液并进行1500rpm离心处理5min，可获得粒径分布均匀的粉末溶液，粉末平均粒径约l79.5nm。但粉末在处理过程中发生一定的氧化，最终由Cu2+1O和CuO两相组成。 对比研究了干磨Cu2O、湿磨Cu2O和微细球磨Cu粉的还原行为。当还原温度为250℃时，三种粉末均可被完全还原;当还原温度降至200℃，干磨Cu2O和湿磨Cu2O还原率快速下降，分别为41.6％和31.6％;当还原温度降至150℃，干磨Cu2O和湿磨Cu2O基本不发生还原;而当还原温度降至200和150℃时，微细球磨Cu粉的还原率依旧高达87.5％和51.1％。这表明与干磨和湿磨Cu2O粉相比，微细球磨Cu粉还原活性更高，这与微细球磨Cu粉中存在较多的氧空位和变形缺陷有关。
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