[发明专利]一种纳米多孔金属或陶瓷的制备方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及多孔材料领域，特指一种纳米多孔金属或陶瓷的制备方法及装置。

背景技术

多孔材料由于具有独特的孔结构和大的内表面积，在催化、吸附、材料组装、医学及生物等众多领域得到广泛的应用。20世纪80年代后期，一种新型多孔材料——多孔金属或陶瓷材料迅速发展起来，已经得到众多科研工作者的关注与研究。它由支撑骨架和内部孔洞组成，具有重量轻、密度小、比表面积大、比强度、比刚度高的优异物理特性，而且还拥有吸能减振性能好、隔热阻燃、阻尼减震、消音降噪效果好等功能特征，因而已应用到航空、电子及医用材料等领域。

传统方法制备的多孔金属或陶瓷材料孔径大约在数百微米甚至几个毫米，严重限制了多孔金属或陶瓷在实际生产中的广泛应用。为了减小孔径，充分发挥多孔金属或陶瓷的潜在作用，人们积极探索研究开发制备细孔径，尤其是亚微米甚至纳米级孔径的多孔金属或陶瓷材料的制备方法和装置，因为孔径在1nm-100nm范围内的纳米多孔金属或陶瓷在航空、催化、吸附、医学及生物等领域的应用中更具优势。纳米多孔金属或陶瓷结合了纳米材料与多孔材料两者的优点，不但内表面积大、孔隙率高、纳米孔分布均匀，而且还具有显著的表面效应和尺寸效应，因而在电子、机械、微流体及医学等方面有着巨大的应用前景。

目前，纳米多孔金属材料的制备方法主要有脱合金法、纳米粉体烧结法、斜入射沉积法和胶晶法等，但是由于这些方法操作条件要求严格，某些化学反应会给环境带来污染以及纳米粉体自身的团聚作用使得这些方法很难在实际生产中得以广泛应用，目前还仅限于实验室阶段。

针对这一问题，本发明提出采用一种绿色制造技术-激光深熔技术来制备纳米多孔金属或陶瓷。本发明可以直接由微米金属粉末制备出纳米多孔金属或陶瓷，制得的纳米多孔金属或陶瓷孔径细小，大约在10nm～100nm，比表面积大，而且内部多为通孔结构。此工艺过程简单，成本较低，易于实现自动化，适于大规模批量化生产，因此，通过本发明可以制备出高性能的纳米多孔金属或陶瓷材料，能够在实际生产中广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米多孔金属或陶瓷的制备方法及装置，其特征在于采用激光深熔技术直接将激光辐照金属粉末，通过控制激光的工艺参数，利用激光的光-热效应将金属粉末经过快速熔化、粘结、凝固细化以及松香树脂的挥发过程，制得纳米多孔金属或陶瓷。

所述金属粉末为纯Mg或Mg合金粉末，纯Ti或Ti合金粉末，Al合金粉末，Cu合金粉末，Ni合金粉末，Co合金粉末以及不锈钢粉末。

该制备方法和装置简单，成本较低，易于实现自动化，适于大规模批量化生产。其步骤为：

1)选取颗粒大小在微米尺度范围内的金属粉末；

2)选取金属粉末附着的基体，并对基体进行前处理；

3)将步骤2)处理好的基体逐个置于加热台上加热至50℃-80℃，然后在基体表面均匀地涂抹一层松香树脂，待其完全熔化后，用金属筛网将微米金属粉末均匀地铺撒在基体上，静置、晾干，使金属粉末粘结在基体上；

4)采用不同激光工艺参数及工作台速度对经步骤3)处理后的表面涂有金属粉末的基体进行激光辐照处理，利用激光深熔技术通过激光的光-热效应制备纳米多孔金属或陶瓷。

所述的步骤1中金属粉末颗粒尺寸为20μm-150μm。

所述的步骤2中基体为碳素钢、不锈钢或工具钢。

所述的步骤3中金属筛网的目数为100目-600目。

所述的步骤3中制得的金属粉末的厚度为0.1mm-0.5mm。

所述的工作台移动速度为2mm/s-20mm/s，激光功率为100W-1500W，激光直径为300μm-2mm，激光作用时间为20ms-2s，离焦量为0.01mm-5mm，光斑搭接率为10％-50％。