粉末冶金制品特殊的結構和功能，使其成為新材料及高新技術發展不可或缺的組成部分，近年來，隨著下游應用行業的快速發展以及金屬粉體應用領域的不斷拓展，金屬粉體行業尤其是鐵、銅基粉末迎來了快速發展。

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。

常見銅基粉末（圖源有研粉末官網）

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

不同制備方法生產的銅基粉末具有不同的性能特征，從而滿足不同應用領域的要求，其中，電解、霧化、擴散燒結、化學包覆為主要生產方法。

下表是銅基粉末幾種制備方法、產品特性及應用領域的概括：

銅基粉末的產品分類

1. 電解銅粉

電解銅粉雖然存在生產流程長、能耗較高、廢水廢渣處理量大等明顯弱點，但因具有產品純度高、粉末顆粒為樹枝狀、松裝比重較低、產品壓制燒結性能好等顯著優點而得到廣泛應用，仍是其他工藝生產無法替代的銅粉主流產品，但該工藝只能生產銅粉，不能生產合金粉。

目前國內電解銅粉的生產主要有兩個趨勢：

（1）生產自動化水平提升，生產能耗降低。通過優化電解工藝，并對電解裝備進行自動化和節能設計，提高產品的穩定性、減少能耗、提高回收率；

（2）擴展電解銅粉產品種類系列化。例如目前已經有一些企業開發了高

純、低鉛、抗氧化性強的電解銅粉，低松比電解銅粉等適用于電碳制品、含油軸承、高鐵、導電漿料等領域應用的細分產品。

2. 霧化銅及銅合金粉末

與其他制粉方法，如化學法、電解法、機械法等相比，霧化法具有合金化程度高、成分均勻、生產效率高、成本低、無污染等許多優點，因而成為銅及銅合金粉末重要的生產方法。

不同的霧化介質對銅基粉末性能的影響

目前國內的霧化的工藝和設備發展較快，霧化粉末的應用得到了拓展，使粉末加工改性技術得到了很大程度地提高，如化工催化劑、熱導材料、片狀仿金粉等銅基粉末。

霧化制備技術既能夠制備銅粉末也可以制備銅合金粉末，且工藝對環境友好，低能、低耗，符合國家發展戰略。雖然目前尚不能夠完全取代電解銅粉，但隨著我國霧化技術、噴嘴設計以及自動化水平的不斷提高，該工藝完全取代電解工藝是銅基粉末制備技術的發展趨勢。

3. 擴散粘接預合金化粉末

擴散法制備的合金粉末，區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一定比例混合均勻后，在還原氣氛下燒結擴散，使金屬粉末發生固溶擴散，幾種金屬發生合金化反應，從而形成一種成分均勻一致、無偏析的合金化粉末。

合金化的方法

一般原料金屬粉熔點分布廣、元素潤濕性越好、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定。

4. 銅鐵復合粉及包覆粉末

（1）鋼鐵復合粉末

銅鐵復合粉末可完全或部分替代銅粉、青銅粉，鐵銅混合粉等傳統粉末，為粉末冶金、金剛石工具等下游產業提供了質優價廉的原材料，主要制備方法有：水霧化法和化學置換法。

水霧化法制備的銅鐵復合粉末作為金剛石工具胎體粉末，低氧含量、超細化技術逐漸完善；化學法生產銅包鐵復合粉末在國內已成熟，開發出了青銅包鐵、黃銅包鐵、低銅含量（銅質量分數最低達到 5%左右）等系列產品，廣泛應用于電動工具等行業用精密含油軸承，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，通過合適的包覆方法，可實現多元素的均勻分布及更優的產品性能，可應用于軸承、金剛石工具、碳刷、導電材料及射孔彈頭等材料。

銅包石墨粉廣泛應用于金剛石工具刀頭、石墨碳刷電極、觸頭材料、自潤滑軸承等領域，相對于傳統混合法，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，主要應用于導電膠的導電填料、電碳等行業；銅包鉻粉末在電觸頭材料中有著廣泛的應用。

5. 超細銅基預合金粉末

鈷基胎體粉體材料具有良好的成形性和可燒結性，對金剛石把持力大，潤濕好，具有良好的高溫硬性、韌性、自銳性, 綜合性能最好，應用比較普遍。然而，鈷是戰略稀缺資源，價格高，使用受到很大限制。開發、使用無鈷或低鈷配方，一直是近年來金剛石工具發展的趨勢之一。

粉末粒徑小于10 μm的超細銅鈷鐵預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共沉淀法，具有粒度細、粒度分布范圍窄、雜質含量低等優點。

6. 超細及納米銅粉

超細銅粉（1～5 μm）、亞微米銅粉（0.1～1 μm）及納米銅粉（0.001～0.1μm），統稱為微納米銅粉，不僅具有良好的導電、導熱、耐蝕、抗菌與無磁性等特點，而且具有小尺寸效應、低熔點、高活性的特性，在導電膠、集成電路印刷版、屏蔽材料、潤滑劑、催化劑及醫學等領域也廣泛應用。

超細及納米銅粉的制備方法主要分為化學法（化學液相還原和化學氣相沉積等）、物理法和生物法。相對于化學法來說，物理法對設備要求較高，工業生產成本較高。而生物法主要利用微生物及植物合成納米銅粉，不適用于工業大規模生產。

微納米銅粉的主要應用

7. 銅基增材制造

粉末冶金由于受到粉末冶金過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；而增材制造工藝過程中，材料在熱源作用下冶金反應速度極快，成形過程中的粉體材料與熱源直接作用，粉體材料無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金屬粉末的性能，如粒徑、球形度、粒度分布、松裝密度、流動性、振實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、流動性好和松裝密度高等要求。

增材制造使用金屬粉末當前主要的制備方法為：等離子旋轉電極法（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，在增材制造領域，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、形狀記憶合金等領域都有所突破。

總結

目前銅基粉末的發展主要為三種方向：

（1）常規純銅粉和銅合金粉末的制備工藝更新、性能優化和自動化程度提升。技術上趨勢為由電解法到霧化法制銅粉，擴散法制備合金粉更佳；產品上趨勢為由單一品類到各種細分系列化產品；

（2）通過包覆或精細合金化等手段進行低成本替代，主要集中在一些成熟的傳統領域；

（3）新興領域的應用擴展，粉末往超細化、納米化、滿足高端性能要求的方向發展。

在當前的基礎上銅基粉末仍有很大的發展空間，例如球形粉末制備工藝技術在增材制造、噴涂、注射成形等行業的應用有待進一步完善和拓展；使用要求不同的滲銅粉產品，系列化及穩定性有待完善和提高；新型環保包覆法制備技術有待開發；微納米銅粉的規模化生產及應用需要發展等等。

隨著導熱導電材料、高鐵剎車片、化工催化劑、增材制造等應用領域的發展，市場對于銅基粉末的需求量將不斷增加。若您對這方面知識感興趣，歡迎關注粉體圈即將在9月17日于廣州保利世貿展覽館6號館舉辦的“2021年全國粉末冶金創新發展論壇暨納米金屬粉體制備與應用研討會”，更多精彩等著您！

參考來源：

1. 中國銅基粉末產業發展現狀及展望；李占榮、周友智、張敬國、張煦、付東興、賀會軍、汪禮敏（1. 有研粉末新材料股份有限公司；2. 金屬粉體材料產業技術研究院；3. 北京有研粉末新材料研究院有限公司）；

2. 國內銅基粉末的制備技術及應用研究進展；朱清濤、梁琦明（中色奧博特銅鋁業有限公司）

粉體圈 小吉