[发明专利]浸浆烧结制备多孔金属的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种消除有机海绵浸浆烧结制备大尺寸高孔隙率（>90%）多孔金属工艺过程中所产生变形坍塌的方法，尤其涉及一种浸浆烧结制备多孔金属的方法。

二、背景技术

高孔隙率开孔多孔金属（孔隙率一般大于90%）具有低密度、大比表面积及孔隙连通等特点，具备优良的热交换（强制对流条件下）、隔热和流体均布等功能特性，有广泛的应用前景。这类多孔金属通常以高孔隙率的网状有机海绵为模板，采用熔模铸造、电沉积、气相沉积和浸浆烧结等方法制备，可获得与海绵形状相似的三维结构。熔模铸造法，通常只适用于低熔点金属，如铝、镁合金。电沉积法，其制备的多孔体材质一般为金属单质，金属种类也十分有限，而且电沉积工艺会对环境产生较大的污染。气相沉积法，其所需设备昂贵，达到一定沉积厚度所需时间长，制备效率低，同时制备的金属种类也受到限制。海绵浸浆烧结法，其基本工艺过程是：①将海绵浸入金属粉末与有机粘结剂组成的浆料中，再将浆料挤出，获得海绵浸浆多孔体；②低温加热，使有机粘接剂和海绵逐步分解、挥发脱除，得到由金属粉末构成的具有海绵形状的骨架；③高温加热，使金属粉末骨架致密化，得到多孔金属。

对于海绵浸浆法，其制备过程并不需要特殊的装置，原料也较为广泛，只要能够获得粉末态金属或合金，就能制得相应的金属多孔体，是最具规模化生产潜力的超高孔隙率多孔金属的制备方法，尤其适合高熔点材质（铁、铬、铌、钨等及其合金）多孔金属的制备。

海绵浸浆烧结工艺仍有许多问题需要研究解决：①对于有机物（有机海绵、粘结剂）的脱除过程，为防止有机物剧烈分解、气化而造成金属粉末骨架的溃散，一般要求升温速率不大于1℃/min，因此该过程一般长达十余小时，很大程度上降低了制备效率。②金属的密度大（尤其是高熔点金属），制备大尺寸样品，尤其是大厚度的样品时，在有机物的脱除过程以及金属粉末骨架的致密化过程中，浸浆多孔体极易发生重力坍塌，这在很大程度上制约了所能制备的多孔金属的尺寸，限制了其应用场合。③由于金属浆料在海绵骨架上附着不可能完全均匀，加之炉体温场的不均匀性，烧结时不同部位的金属粉末骨架会发生不均匀的致密化收缩，导致孔结构畸变。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种消除有机海绵浸浆烧结法制备高孔隙率多孔金属工艺过程中所产生变形坍塌的浸浆烧结制备多孔金属的方法。

本发明的技术方案如下：

一种浸浆烧结制备多孔金属的方法：

第一步：将微米级金属粉末、水及有机粘结剂混合并进行充分搅拌后得到金属浆料，再通过调整水及有机粘结剂的加入量获得粘度为4Pa·s~10Pa·s的金属浆料，所述微米级金属粉末、水及有机粘结剂的质量比为（28~48）：9：1，

第二步：将具有孔径为0.3mm~5mm的有机通孔海绵浸入上述浆料之中，采用机械挤压或离心方式，除去多余的浆料，获得浸浆多孔体，并对浸浆多孔体进行干燥，

第三步：在浸浆多孔体的连通孔隙间充入陶瓷颗粒，利用机械振动使颗粒充填紧密，所述陶瓷颗粒与所述微米级金属粉末的粒度之间的关系为：d1≥0.4D，d2≤2.4D，其中，d1为陶瓷颗粒的最小粒径，d2为陶瓷颗粒的最大粒径，D为微米级金属粉末的最大粒径，

第四步：在气氛保护炉或真空炉中加热使有机粘结剂脱除，之后于气氛炉或真空炉中进行第一次烧结，

第五步：除去浸浆多孔体的孔隙间的陶瓷颗粒，并进行干燥，

第六步：在气氛炉或真空炉中对浸浆多孔体进行第二次烧结，

所述第一次烧结的烧结温度为0.80 T_m ~0.85T_m（T_m为金属熔点），时间为60min~90min；第二次烧结温度为0.90 T_m~0.93T_m，烧结时间为60min~120min。

本发明的特点及有益效果：

本发明基于以下思路制备多孔金属：将耐高温陶瓷颗粒（与金属基体不发生反应及扩散）填充进入海绵浸浆多孔体的宏观连通孔隙之间。低温加热，使有机物热脱除。之后将充填陶瓷颗粒的浸浆多孔体在较低温度下进行第一次烧结（使浸浆多孔体具有基本的强度，但未发生明显的致密化收缩，便于除去陶瓷颗粒而不坍塌），冷却后除去陶瓷颗粒；然后在较高温度下进行第二次烧结，使浸浆多孔体进一步致密化，得到孔结构和力学性能良好的大尺寸高孔隙率多孔金属。