[发明专利]利用混合气体制备多孔金属的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔金属的制备方法，具体涉及一种在高温条件下利用混合气体获得多孔金属的简便方法。

背景技术

多孔金属由金属骨架及内部的孔隙所组成，具有金属材料的可焊性等基本的金属属性。相对于致密金属材料，多孔金属的显著特征是其内部具有大量的孔隙。而大量的内部孔隙又使多孔金属材料具有诸多优异的特性，如比重小、比表面大、能量吸收性好、导热率低(闭孔体)、换热散热能力高(通孔体)、吸声性好(通孔体)、渗透性优(通孔体)、电磁波吸收性好(通孔体)、阻焰、耐热耐火、抗热震、气敏(一些多孔金属对某些气体十分敏感)、能再生、加工性好等等。多孔有机高分子材料强度低且不耐高温，多孔陶瓷则质脆且不抗热震，因此，多孔金属材料被广泛应用于航空航天、电化学、催化、石油化工、冶金、机械、医用材料、建筑等行业的分离、过滤、布气、消音、吸震、屏蔽、热交换等工艺过程中,制作过滤器、催化剂及催化剂载体、多孔电极、能量吸收器、消音器、减震缓冲器、电磁屏蔽器件、电磁兼容器件、换热器和阻燃器，等等。还可制作多种的复合材料和填充材料。多孔金属既可作为许多场合的功能材料,也可作为一些场合的结构材料，而一般情况下它兼有功能和结构双重作用，是一种性能优异的多用工程材料。

为了制备各种不同性能的多孔金属材料，各种方法已经被相继提出，目前制备多孔金属材料的主要方法有以下三类:液相法、粉末烧结法和沉积法。液相法包括的种类比较多，其优点是较易制备大块的多孔金属和产品易商业化，如熔融金属发泡法、颗粒渗流铸造法、精密铸造法和金属空心球铸造法等几种；粉末冶金法主要包括粉末烧结发泡法、烧结-脱溶法、松散粉末烧结法、中空球烧结法等；沉积法主要包括金属气相蒸发沉积法、原子溅射沉积法和电化学沉积法三种。但这些方法无一例外的，都是在材料的制备过程中利用物理、化学的方法实现了金属材料上各种孔隙的形成，也存在着各种各样的缺点。例如熔融金属发泡法一般只适用于低熔点的金属多孔材料的制备，且存在生产过程中气泡分布不均匀导致局部气泡尺寸过大，使最终材料出现加工性能差、脆性较大等缺陷；粉末烧结成本较高；沉淀法整个过程中操作条件要求严格,沉积速度慢、投资大等缺点。目前积极开发出新的高效、快速的制备技术，实现小孔径、高空隙率的金属材料的制备依然是目前多孔金属材料发展的一个重要方向。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有制备微纳米多孔金属工艺主要集中在金属材料初始形成过程，方法复杂，严重依赖于模板，对生产设备要求较高的问题，而提供一种利用混合气体直接在已制备好的金属材料表面，原位制备多孔结构的方法。

本发明利用混合气体制备多孔金属材料的方法按下列步骤实现：

一、将金属材料或泡沫金属材料先用丙酮超声清洗，然后依次使用无水乙醇和去离子水清洗干净，晾干后得到清洗后的金属；

二、将步骤一得到的清洗后的金属放置在耐高温承载体内，在惰性气体的保护下升温到550～850℃，然后将燃料气体和氧化气体组成的混合气体通入到放置有金属的承载体内，使金属暴露在混合气体中进行多孔化处理，完成多孔金属材料的制备；

其中步骤二所述的燃料气体为氢气、一氧化碳、C₁～C₄的碳氢化合物、沼气、天然气、液化石油气、焦炉气、水煤气、石油气中的一种或多种的混合气体。

本发明中燃料气体(还原性)和氧气在高温的情况下首先在金属催化作用下发生部分氧化反应生成氢气和一氧化碳。接下来生成的氢气和一氧化碳会在高温条件下从金属材料表面逐步渗入到金属内部的晶格中，在渗入的过程中这些还原性的气体会与同样渗入到金属的晶格中的氧原子发生化学反应，在金属内部形成水和二氧化碳等气体分子，随着这些生成的气体分子在金属内部的聚集和膨胀，超过了其在金属内部的临界溶解度，就会在金属上膨胀溢出，在金属内部形成孔洞结构。

本发明利用混合气体制备多孔金属材料的方法具有以下的优点：

1、本发明主要是直接利用混合气体(或是部分氧化反应生成)的燃料气体(H₂，CO)和氧化性的气体(O₂)在金属内部形成H₂O和CO₂气体的膨胀溢出，在金属表面和内部形成多孔结构，具有工艺简单、制备方便、无污染的优点；

2、混合气体方法制备多孔金属工艺可以在已制备好的复杂金属材料器件上实现二次加工，因此能够制备出复杂的多孔金属器件；

3、混合气体方法制备多孔金属工艺能够在高熔点的金属上制备出分布均匀，成分单一的微纳米孔洞；