[发明专利]泡沫钛及其制备方法和用途

说明书

本发明属于粉末冶金制备泡沫金属材料领域，具体涉及一种泡沫钛及其制备方法和用途。针对现有技术制备泡沫钛设备要求高、成本高、孔隙率和孔径不可控制等问题，本发明提供一种泡沫钛的制备方法：将钛粉和造孔剂CaCl₂颗粒加入粘接剂混合后，压实成坯，脱模干燥；预烧结；烧结；烧结后浸泡干燥得泡沫钛。该方法制备流程简单、性价比高、对环境无污染，且制备出来的泡沫钛具有孔径、孔隙率、孔形可控等优点，在吸能减震和过滤分离方面具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于粉末冶金制备泡沫金属材料领域，具体涉及一种泡沫钛及其制备方法和用途。

背景技术

泡沫钛是一种新型多孔金属结构功能材料，可用于过滤分离、流体控制、能量吸收、消声降噪、热管理、催化剂载体等领域。与不锈钢、铜、铝等材质的多孔材料相比，金属钛因为比强度高、耐腐蚀、生物相容性好等特点，具有一系列独特的应用前景。例如，利用比泡沫铝更耐高温、强度更高的特点，在航空航天领域可部分取代泡沫铝材料服役于航天器的着陆保护；利用钛金属高耐蚀性的特点，可以将泡沫钛材料用作强腐蚀性介质的催化剂载体或过滤网器件；利用其相容性和多孔性可以制备骨关节等生物人体植入材料。

目前泡沫钛的制备工艺有纤维烧结法、凝固法、压缩膨胀法、有机泡沫浸渍法、自蔓延高温合成法、粉末冶金烧结法等。纤维烧结法能制备较高孔隙率的泡沫钛，但是产品尺寸受限，成本较高；凝固法制备工艺简单、易于批量生产，但是孔隙不具备三维网络结构且分布不均匀；压缩膨胀法生产周期短、可以控制孔大小和连通性，但是工艺复杂设备要求较高；有机泡沫浸渍法工艺简单，但是仅能制备开孔制品、有环境污染；自蔓延高温合成法制备成本低，但是只能制备成分有限的泡沫钛合金；粉末冶金法工艺简单、成本低廉、设备要求低，能制备出孔隙率、孔径可控的泡沫钛，粉末冶金一般通过添加造孔剂的方法使金属材料的内部产生孔洞，常用的造孔剂有NaCl、NaF、碳酸氢铵、甲基丙烯酸甲酯、淀粉、K₂CO₃、尿素、精萘、sugar等。但是尿素等有机物的熔点低，在加热过程中容易分解，金属粒子之间还没有形成结合，结构因此会倾塌，不容易控制孔形，同时也不利于制备高熔点的泡沫金属，而且尿素会释放氨气，对环境不利。碳酸钾分解温度虽然较高，但其化学性能不稳定，高温可能会与金属反应，释放的CO₂有可能导致金属基体的氧化。NaF有毒且其水溶液呈碱性，对金属基体有腐蚀性。NaCl也存在造孔剂不易清除，残留的NaCl会污染或者腐蚀基体，且孔形和孔的分布不容易控制等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有技术制备泡沫钛设备要求高、成本高、孔隙率和孔径不可控制等问题。

本发明解决技术问题的技术方案为：提供一种泡沫钛的制备方法。该方法包括以下步骤：

a、按体积比1～3﹕7～9称取钛粉和造孔剂，再加入粘接剂混匀；

b、将步骤a混匀后物料置入模具中压实成坯，压力为100～300MPa，保压时间1～3min，脱模干燥；

c、在惰性气体保护下，将步骤b中干燥的坯料进行预烧结，烧结炉内升温至780～830℃，保温1～2h，随后再升温至1100～1300℃进行烧结，保温1～3h，随炉冷却到室温；

d、将步骤c中冷却后的坯料放入沸水中浸泡0.5～1h，干燥后即得到泡沫钛。

其中，上述泡沫钛的制备方法中，步骤a中所述钛粉粒径为100～300目，形状为不规则钛粉或球形钛粉中的一种。

其中，上述泡沫钛的制备方法中，步骤a中所述的造孔剂为CaCl₂，形状为球形和不规则形。

其中，上述泡沫钛的制备方法中，步骤a中所述的CaCl₂粒径为0.3～3.2mm。

其中，上述泡沫钛的制备方法中，步骤a中所述的粘结剂为无水乙醇。