[發明專利]一種泡沫鉭及其制備方法

有效

• 申請號: 200910242941.5
• 申請日: 2009-12-18
• 公開（公告）號: CN101709419A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 許文江
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C22C27/02
• 分類號: C22C27/02;C22C1/08
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 童曉琳

技術領域

本發明屬于金屬材料制備技術領域，特別涉及一種泡沫鉭及其制備方法。

背景技術

金屬鉭是一種難熔金屬，熔點2960℃。在難熔金屬中，金屬鉭具有優良的耐腐蝕性能，是已知的最好的抗氯離子腐蝕的純金屬；并且金屬鉭具有優良的力學性能和加工性能；在元素周期表中的金屬元素中，鉭是和人體生物兼容性最好的金屬元素。

作為泡沫金屬的泡沫鉭具有上述鉭金屬的性能特點，由于泡沫鉭中孔洞的存在，使整體泡沫金屬塊所受的應力更容易分散，并且可以在泡沫孔洞中填入或植入其他金屬、非金屬以及有機材料作為特殊的用途。因此，泡沫鉭可以用作為人體的結構材料，比如骨骼的修補材料；還可以用作為鉭基金屬的濺射材料，以及其他的特定的用途等。

國外已有使鉭在高溫熔融狀態下，通過鼓泡等其他手段方法制備泡沫鉭材料的報道。由于金屬鉭的熔點很高，因此在融熔狀態下制備泡沫鉭，對設備的要求非常高，控制難度很大，制備出的泡沫金屬鉭的成本也很高。

發明內容

本發明的目的是提供一種泡沫鉭及其制備方法。

一種泡沫鉭，其特征在于，該泡沫鉭孔隙率在20-80％之間，泡沫鉭中的孔隙互相連通，該泡沫鉭中鉭的重量百分含量在99.9％以上。

一種泡沫鉭的制備方法，其特征在于，該方法步驟如下：將鐵粉、鐵屑、鈷粉或者鎳粉中的一種與鉭粉或鉭屑混合均勻；然后在油壓機上壓制成塊狀；之后放入真空爐中，維持真空爐中的真空度在10^-2Pa以下，在1200-1400℃燒結0.5-2小時，然后升溫至1500-1800℃燒結2-6小時，降至室溫，第一次燒結時燒結溫度控制在鐵或鎳或鈷的熔點以下，該步使鐵、鎳或鈷中的一種與鉭合金化，形成基本的骨架，第二次燒結溫度應控制在鐵或鎳或鈷的熔點以上，使部分鐵或鎳或鈷熔融沉降到料塊以下和料塊分離，部分仍在料塊內，鉭粉或鉭屑之間互相粘連形成框架，第二次燒結可除掉鐵或鎳或鈷的30-80％；取出燒結的料塊放入鹽酸的水溶液中浸泡，至反應結束，然后用去離子水沖洗至沖洗液顯中性、烘干，酸溶后，已經除去大部分的添加的金屬鐵或鎳或鈷(99％以上)，但溶解過程中產生的氫氣會被鉭吸收一部分，從而使鉭框架變脆，最后再將料塊放入真空爐中，維持真空爐中的真空度在5×10^-3Pa以下，在1800-2100℃下燒結2-8小時后降至室溫，取出料塊即為成品泡沫鉭，第三次燒結的溫度至少高于1800℃，真空度要小于等于5×10^-3Pa，第三次燒結的作用為首先揮發掉殘余的鐵或鎳或鈷，去除到99.9％以上；其次去除在酸溶過程中的吸氫；最后使鉭骨架之間的連接更加穩固、均勻。

鉭在高溫下極易吸氧，因此所有的鉭燒結過程都須在真空下進行，真空度應達到10^-2Pa以下。

所述鐵粉、鐵屑、鈷粉或者鎳粉中的一種與鉭粉或鉭屑的質量之比為0.1-2∶1，該添加比例可由20-80％的孔隙率通過各金屬的密度推導得出。

所述鹽酸的水溶液，由質量分數為37％的分析純鹽酸和去離子水配制，優選使用鹽酸與水的體積比為1∶1的鹽酸的水溶液。。

所述鐵粉、鐵屑、鈷粉或者鎳粉的粒度在0.3-3mm之間。

所述鉭粉或鉭屑的純度為Ta＞99.95％(重量百分比)，鐵粉、鐵屑、鈷粉或者鎳粉的純度均大于99.9％(重量百分比)。

本發明工藝技術路線的實現環節包括以下諸要點：

(1)上述過程中用鐵粉、鐵屑、鈷粉或者鎳粉中的一種與鉭粉或鉭屑混合，事實上熔點在1000-1600℃之間的金屬都可以用來代替鐵粉、鐵屑、鈷粉或者鎳粉，根據選擇的材料，選用適合的燒結溫度、時間上以及在浸泡的酸的成份濃度，最后的效果相同。

(2)鐵粉、鐵屑、鈷粉或者鎳粉中的一種與鉭粉或鉭屑混合比例依據所需泡沫鉭的孔隙率來計算確定。事實上，在混合料塊中鐵所占的體積比基本就是孔隙所占的比率，當然整體料塊在燒結后一般要收縮10-30％。

(3)鐵粉、鐵屑、鈷粉或者鎳粉的粒度與形狀的選擇依據所需泡沫鉭的孔隙大小、數量以及形狀來確定。一般鐵粉、鐵屑、鈷粉或者鎳粉最小到50目，最大到3毫米。選擇粒度小的鐵粉、鐵屑、鈷粉或者鎳粉，可使泡沫鉭的孔隙小且多；反之，孔隙就大而少。選擇大小均勻一致的鐵粉、鐵屑、鈷粉或者鎳粉，制得的泡沫鉭的孔隙就大小均勻一致；要想得到孔隙不規則，不一致的泡沫鉭，可以選擇形狀不規則，大小不一致的鐵粉、鐵屑、鈷粉或者鎳粉。