[发明专利]开孔型多孔材料及其制造方法

说明书

相关申请

本专利申请要求2006年4月21日提交给美国专利和商标局的名为“Open Cell Porous Material and Method for Producing”的正常转让的U.S.临时专利申请60/745,367的优先权。

技术领域

本发明涉及多孔材料领域，并且具体涉及开孔型多孔材料及其制造方法。

背景技术

多孔金属或陶瓷材料目前用于制造以下装置，如过滤器、热交换器、消声器、电化学阳极和阴极、燃料电池、催化剂载体、流体处理单元、轻质结构和生物材料。所需要的结构(开孔或闭孔多孔结构、孔径、分布和形状、密度)和性能(渗透性、热性能、电化学和机械性能)主要取决于应用。通常闭孔多孔结构用于轻质结构，而开孔多孔结构用于涉及表面交换现象或需要渗透性或孔隙连通性的场合。

已经提出不同的方法来制造这样的多孔材料。以下文献中给出了多孔金属或陶瓷材料的制造方法和表征的高质量综述：1)Michael Ashby，TonyEvans，N.A.Fleck，LJ.Gibson，J.W.Hutchinson，和H.N.G.Wadley，Metal Foams：A Design Guide，Butterworth-Heinemann(2000年6月21日)；2)Handbook of Cellular Metals：Production，Processing，Applications，Hans-Peter Degischer and Brigitte Kriszt Eds.，Wiley-VCH(2002年6月10日)；3)Porous and Cellular Materials for Structural Applications，Materials Research Society Symposium Proceedings，Vol.521，1998年4月13-15日，San Francisco，D.S.Schwartz et al.Ed.，Materials ResearchSociety；4)Metal Foams，Fraunhofer USA Metal Foam Symposium，J.Banhart and H.Eifert，ed.Stanton，Delaware，1998年10月7-8日；和5)R.Soria，″Overview on Industrial Membranes″，Catalysis Today，25(1995)，285-290。

沉积技术已经用于制造金属泡沫。美国专利申请4,251,603和日本公开专利申请5-6763描述了由镀覆海绵状树脂并然后烧尽所述树脂以获得金属泡沫所组成的工艺。也可由盐(美国专利5,296,261)或气体(美国专利4,957,543)来实施沉积。这些工艺提供具有开孔型多孔结构(open cellporosity)的低密度材料。

在多个专利例如美国专利3,794,481、美国专利4,713,277、美国专利4,973,358、美国专利5,112,696和PCT专利申请WO 91/03578、WO92/03583、WO 94/172218、WO 91/01387、WO 91/19823、WO 94/09931、WO 92/21457、欧洲专利0210803和挪威专利PCT/NO90/00115中描述了直接熔体发泡。在这些专利和专利申请所描述的技术中，通过将气体吹入熔体或在熔体中加入在加热时释放气体和产生气泡的化学发泡剂如氢化钛来进行发泡。通常使用添加剂如碳化硅、氧化铝、氧化镁或钙来调节熔体粘度。这些工艺为泡沫体提供良好的机械性能。所得泡沫体通常具有闭孔多孔结构。

由液体金属制造金属泡沫的一个替代方法是如在美国专利5,181,549中描述的固体-气体共晶凝固(Gasars)方法。所述方法利用其中熔有基底材料的封闭容器。在基底材料中溶入气体，该气体在基底材料中的溶解度随温度降低而减小和随压力增加而增大。然后在预定压力下冷却金属以在固化材料中沉淀气体和形成孔。

熔模铸造也已知用于金属泡沫的制造。用耐热材料的浆料填充具有开孔的聚合物泡沫。然后将被浸渍的泡沫干燥并在适当温度下加热以除去聚合物。然后用液体金属浸渍所得的耐热多孔结构。固化之后，使用加压水移除模具。最终的金属泡沫具有原有的聚合物泡沫结构。该材料具有良好的机械性能和大的互连孔隙率。