[发明专利]一种反模泡沫材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种反模泡沫材料，其特征在于，该反模泡沫材料由三维连续的支撑骨架(a)和横断面直径可调控的三维连通的通道孔(b)构建而成；其中，该通道孔(b)的横断面为近圆状或椭圆状，反模泡沫材料的材质选自以下的一种或两种以上：金属、陶瓷、碳材料；

所述的反模泡沫材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

（1）牺牲模板泡沫材料的制备工序：首先，采用具有三维连通开孔结构的高分子树脂泡沫材料作为初始模板材料，所述高分子树脂泡沫材料为环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、聚氨酯、聚酯、聚醚中的一种或两种以上；其次，对所述高分子树脂泡沫材料的网络骨架筋进行增粗处理，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；

（2）反模泡沫材料预制体制备工序：该工序选自以下的一种或两种以上的组合：

(i) 注浆法，首先配制支撑骨架(a)生坯浆料，然后将支撑骨架(a)生坯浆料注入步骤（1）中所得牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，随后于50～300℃进行完全固化，制得反模泡沫材料预制体；

(ii) 凝胶注模法，首先将溶剂、有机单体、交联剂、分散剂配制成预混液，再向预混液中加入所述的构成材质对应的粉体，充分混匀制得浆料，再在浆料中加入催化剂、引发剂，充分混匀后获得凝胶注模浆料，在牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，注入凝胶注模浆料，依次经固化、干燥后，制得反模泡沫材料预制体；

(iii) 高温浇注法，将所述的构成材质在高温下熔化为液态，再浇注入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，冷却后制得反模泡沫材料预制体；

(iv) 真空浇注法，将牺牲模板泡沫材料置入真空容器中，抽真空除去三维连通开孔中的空气，再将所述构成材质的高温熔融液或由所述构成材质对应的粉体配制的浆料，浇注入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，冷却或固化干燥后制得反模泡沫材料预制体；

(v) 等静压法，将所述构成材质对应的粉体或由所述构成材质对应的粉体配制的浆料，灌入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，再将其进行热等静压或冷等静压致密化，制得反模泡沫材料预制体；

(vi) 采用溶胶-凝胶法，首先将溶剂、溶胶前驱体化合物、交联剂、分散剂、所述的构成材质对应的粉体中的一种或两种以上充分混匀，制得溶胶浆料，在牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，注入溶胶浆料，依次经凝胶化、陈化、固化、脱溶剂、干燥后，制得反模泡沫材料预制体；

（3）牺牲模板泡沫材料的去除工序：将步骤（2）中制得的反模泡沫材料预制体按如下操作中的一种或两种以上进行预处理：(a) 惰性气体保护或真空条件下热处理，升温速率1～10℃/min，温度600～1500℃，保温时间10～300min；(b) 酸溶液清洗；(c) 碱溶液清洗；(d)丙酮清洗；(e) 无水乙醇清洗；(f) 去离子水清洗；(g)空气中焙烧，制得反模泡沫材料成型前驱体；

（4）成型工序：该工序选自以下的一种或两种以上的组合：(a) 将步骤（3）所得的反模泡沫材料成型前驱体在空气气氛下或保护气氛下或真空条件下进行高温烧结，温度900～2500℃，保温时间10min～6h；所述保护气氛选自高纯氩气保护、高纯氢气保护、高纯氮气保护、高纯氢氩混合气保护中的一种或两种以上；(b) 在保护气氛下或真空条件中对样品施加高电压或大电流进行通电加热完成成型操作，所述保护气氛选自高纯氩气保护、高纯氢气保护、高纯氮气保护、高纯氢氩混合气保护的一种或两种以上；

（5）后处理工序：将步骤（4）中获得的样品进行如下操作中的一种或两种以上：酸溶液清洗、碱溶液清洗、丙酮清洗、无水乙醇清洗、去离子水清洗、空气中焙烧，由此制得具有三维连续的支撑骨架(a)和三维连通的通道孔(b)的反模泡沫材料；

所述反模泡沫材料的任一截面上，任意相邻的两个通道孔(b)的截面的中心位置之间的距离(d1)为0.2mm～20mm，所述三维连通的通道孔(b)的横断面直径(d2)为0.1mm～10mm；

增粗处理选自以下的一种或两种以上的先后配合：

①化学镀法增粗：首先以具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料，对其进行敏化-活化处理后，进行化学镀镍、化学镀银、化学镀铜、化学镀钴、化学镀镍磷、化学镀镍磷硼，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；

②电镀法或电泳沉积法增粗：对能导电的具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料施加过电位，进行电镀沉积、复合镀沉积、电泳沉积中的一种或两种以上操作，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质组成的泡沫粗化骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；

③溶胶-凝胶法：先配制含有与牺牲模板泡沫材料主要构成材质对应的前驱体的溶胶，对具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料循环进行“浸渍-去除多余溶胶料-不可逆凝胶化”操作，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质对应的凝胶组成的泡沫粗化骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；

④局部可控聚合：先配制含有固化剂、引发剂、交联剂中的一种或两种以上物质的溶液，对具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料骨架筋表面浸渍负载，然后将其放入含有聚合单体的气体或液体中，在模板泡沫材料骨架筋表面进行原位聚合反应，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质组成的泡沫粗化骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；

⑤水热合成法：先配制含有与牺牲模板泡沫材料主要构成材质元素对应的水热生长溶液，在具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料骨架表面水热合成，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质对应的水热合成晶体组成的骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；

⑥化学气相沉积或物理气相沉积法：在具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料骨架表面进行化学气相沉积或物理气相沉积，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质组成的泡沫粗化骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料。