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3D打印的导电复合材料在铜电解精炼中的应用

更新时间: 2019-12-27 17:23:48  查看次数: 37    

铜是一种性能良好的有色金属,在延展性,耐腐蚀能力和表面性能等方面性能优异,导电导热性能仅次于银,在国防工业、机械制造工业以及其他部门得到广泛应用,尤其电气工业。铜的纯度对其性质影响很大,杂质的存在会对铜的性能产生极大的影响,电解精炼是目前纯化铜的主要手段。


工业上铜火法精炼得到的产品纯度为99.0%~99.6%,纯度不够高,难以满足铜在应用领域的使用要求,因此必须经过进一步精炼来提高铜的纯度。工业精炼铜体系中,常采用纯铜薄片或者钛基板作为电解精炼铜的阴极,粗铜作为阳极,把阴阳两极放入电解槽中,以硫酸、硫酸铜的混合水溶液为电解液。在直流电的作用下,阳极上的铜逐渐溶解下来氧化进入溶液,而溶液在阴极上被还原后析出,阴极上析出的金属铜纯度就会变高,称为阴极铜或电铜。


铜电解精炼工艺在工业上首次应用至今,已经有140多年的历史,不论是从技术装备水平还是生产规模上都得到了巨大的改进,电解制备铜的质量不断提高,而且能耗不断降低。电解车间里的阴阳两极为带电体,但工业电解槽槽压一般低于0.3伏,不会对人体造成伤害。电解槽中的电解液大约2~3小时循环一次,从而确保整个电解槽内的电解液成分均匀。电解液循环过程中被加热装置加热,从而确保电解液体系的温度恒定。


在树脂基体中加入导电填料进行双螺杆共混可以制备复合导电材料,使之具有导电、防静电或电磁屏蔽等功能。常用的导电填料有碳系材料和金属系材料粉末等,其中前者主要分为炭黑、石墨、碳纤维以及最新引入的MWNTs及还原石墨烯(rGO)等,与金属粉末相比碳系粉末比重轻、成本低,导电性也稍差。多壁碳纳米管(MWNTs)具有良好的力学性能、导电性、导热性等性能。因此,常被用作增强相和导电填料加入到基体材料中用来提升基体的力学、导电、导热性能。近年来,随着多壁碳纳米管规模化制备工艺的日益成熟,国内市售多壁碳纳米管的最低价格已经达到每公斤300多元的水平,为其工业化应用铺平了道路。


将打印耗材打印出的基板替代电解精炼铜中的钛基板进行电解精炼铜实验,发现铜可以成功的沉积在导电复合材料上,在电解液中加入微量的明胶和硫脲后,复合导电材料表面沉积上的铜表面平整、晶粒细小。进一步提高打印耗材中MWNTs与ABS的界面结合性,进而提高复合材料的导电性以及力学性能。



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