[发明专利]一种低密度多孔金属材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔金属材料的制备，涉及一种低密度多孔金属材料的制备方法。本发明制备的低密度多孔金属材料可广泛应用于过滤分离装置、多孔电极、传感器、催化剂及催化剂载体、电容器、热交换器、吸音减震材料、高温密封和高性能结构材料等方面。

背景技术

多孔金属材料是一种兼具结构和功能双重特性的新型工程材料，不仅保留了金属的可焊性、延展性、导电性等金属特性，还具备多孔材料质轻、比表面积高、吸能减震、消音降噪、电磁屏蔽、透气透水、热导率低等特点，有着其他多孔材料难以实现的独特优势，可广泛应用于过滤分离装置、多孔电极、传感器、催化剂及催化剂载体、电容器、热交换器、吸音减震材料、高温密封和高性能结构材料等方面。现有技术中，多孔金属的制备方法主要包括粉末冶金法、熔体发泡法、电沉积法、渗流法以及其他一些方法。

在过滤分离、热交换等应用领域，都需要液体或气体等介质能够通过多孔材料，这就要求多孔材料具有尽量高的开孔率，一定的孔径分布，并保持块体形状以便于使用。另外，高孔隙率能够提高金属材料的利用率，降低制备成本，故高孔隙率多孔金属的制备一致是人们追求的目标。目前已报道多孔金属材料制备中，孔隙率大于90%的制备方法主要有粉末冶金、纤维烧结、熔体发泡、熔体吹气、金属沉积和自蔓延烧结等工艺，然而上述制备方法存在孔径粗大、制备工艺复杂、成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种低密度多孔金属材料的制备方法。本发明通过粉末冶金结合造孔剂工艺，制备出具有双模式孔径分布、孔径尺寸连续可调、孔隙率高的低密度多孔金属块体材料。

本发明的内容是：一种低密度多孔金属材料的制备方法，其特征是包括下列步骤：

a、配料：按金属单质粉体70～95%、聚乙烯醇 (简称PVA) 5～10%、以及聚苯乙烯(简称PS)微球0～20%的质量百分比例组成取原料金属单质粉体、聚乙烯醇 (简称PVA) 和聚苯乙烯(简称PS)微球；

将聚乙烯醇 (简称PVA)溶于去离子水中搅拌混合，配制成质量百分比浓度为5～10%的聚乙烯醇水溶液；

b、将聚苯乙烯(简称PS)微球加入到所述聚乙烯醇水溶液中，随后加入金属单质粉体,经搅拌（较好的是经超声分散、以使原料充分混合均匀）混合均匀，制得浆料；

c、将浆料倒入（备用的）圆管柱状聚四氟乙烯管（即聚四氟乙烯管）模具中、或者将圆管柱状聚四氟乙烯管模具插入浆料中，再经冷冻干燥成型，脱模，制得干燥后的物料；

d、将干燥后的物料置于流动惰性气氛的管式炉（该设备的生产企业及型号有：合肥科晶GSL-1200X型管式炉等）中在400～500℃的温度下烧结2～6小时，以去除聚乙烯醇和聚苯乙烯微球，即制得低密度多孔金属材料（为低密度多孔金属块体材料）产品。

本发明的内容中：步骤a配料较好的是替换为：按金属单质粉体70～95%、聚乙烯醇3～10%、以及聚苯乙烯微球2～20%的质量百分比例组成取原料金属单质粉体、聚乙烯醇和聚苯乙烯微球；

将聚乙烯醇溶于去离子水中搅拌混合，配制成质量百分比浓度为5～10%的聚乙烯醇水溶液。

本发明的内容中：步骤b所述金属单质粉体可以是铜粉、铁粉、铝粉、镍粉、钛粉、银粉、金粉等中的任一种；

所述金属单质粉体的粒径较好的为0.1～10μm。

本发明的内容中：步骤c中所述圆管柱状聚四氟乙烯管的内径可以为2～20mm。

本发明的内容中：步骤d中所述流动惰性气氛可以为流动氮气或氩气。

本发明的内容中：步骤a中所述聚乙烯醇 (简称PVA)的平均聚合度较好的为1797±50，醇解度为96～98%；产品生产企业和型号有：上海阿拉丁试剂有限公司，型号为1797型等。

本发明的内容中：步骤a中所述聚苯乙烯(简称PS)微球直径较好的为1～20μm，聚苯乙烯可以为通用级，分子量介于5000～10000之间；产品生产企业和型号有：上海阿拉丁试剂有限公司，型号为P1077型等。

本发明的内容中：步骤c中所述冷冻干燥的冷冻介质可以为液氮或温度为-10～-50℃的重油，冷冻干燥的时间可以为6～24小时。

与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：

（1）采用本发明，将造孔剂与原始金属粉料均匀混合，冷冻干燥成型之后烧结去除造孔剂，即得到经过物理堆积而形成的大量孔隙的低密度多孔金属材料；