[發(fā)明專利]燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料、應(yīng)用及改善其孔結(jié)構(gòu)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310270444.2
• 申請(qǐng)日: 2013-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103343251A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高麟;汪濤;李波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都易態(tài)膜分離技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): C22C1/08
• 分類號(hào): C22C1/08;C22C14/00
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51227
• 代理人: 王睿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多孔材料及應(yīng)用該多孔材料的過(guò)濾元件，具體涉及一種通過(guò)粉末冶金法制備的燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料及應(yīng)用該多孔材料的過(guò)濾元件。本發(fā)明還涉及改善燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料孔結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

目前對(duì)燒結(jié)多孔材料的研究主要集中在制備工藝的優(yōu)化、成孔機(jī)理的探討、材料性能的改善和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大幾個(gè)方面。其中，就成孔機(jī)理而言，已應(yīng)用在燒結(jié)多孔材料制備方法中的成孔方式主要有：第一，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)成孔，其原理是基于不同元素本征擴(kuò)散系數(shù)的較大差異所引起的偏擴(kuò)散效應(yīng)，使得材料中產(chǎn)生Kirkendall孔隙；第二，通過(guò)原料粒子物理堆積成孔；第三，通過(guò)添加成分脫出成孔。上述幾種成孔方式的選擇和組合不可避免的會(huì)對(duì)多孔材料的孔結(jié)構(gòu)造成直接的影響。而多孔材料的孔結(jié)構(gòu)又會(huì)進(jìn)一步的決定多孔材料的性能。因此，基于不同成孔方式所生成的燒結(jié)多孔材料往往具有差異化的孔結(jié)構(gòu)和使用性能，通過(guò)對(duì)它們的認(rèn)識(shí)和測(cè)量，可使得這些多孔材料能夠更清楚的被識(shí)別和表征。目前，為了充分的表征多孔材料，本領(lǐng)域通常采用：1）原料成分和含量；2）孔結(jié)構(gòu)，主要包括孔隙率、孔徑等；3）材料性能參數(shù)，包括滲透性能，力學(xué)強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，其中，滲透性能常用流體滲透法測(cè)量，力學(xué)強(qiáng)度通常用抗拉強(qiáng)度表示，化學(xué)穩(wěn)定性主要用耐酸和/或堿性能表示。

Ti-Al金屬間化合物多孔材料是一種介于高溫合金與陶瓷之間的燒結(jié)無(wú)機(jī)多孔材料。由于其按照金屬鍵和共價(jià)鍵共同結(jié)合，兼有金屬材料和陶瓷材料的共同優(yōu)點(diǎn)，因此，Ti-Al金屬間化合物多孔材料作為過(guò)濾材料具有廣闊的應(yīng)用前景。盡管Ti-Al金屬間化合物多孔材料公認(rèn)具有優(yōu)異的性能，但其在強(qiáng)酸條件下的耐腐蝕性能依然有待提高。比如，Al含量為35wt%的Ti-Al金屬間化合物多孔材料在90℃的恒溫條件下，當(dāng)pH值從3下降到2時(shí)，樣品的質(zhì)量損失和開(kāi)孔隙率均顯著增大，表明材料的耐腐蝕性能下降較明顯。因此，針對(duì)一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，還需進(jìn)一步提高材料的耐腐蝕性。在本申請(qǐng)的申請(qǐng)日以前，還未找到一種既能夠改善Ti-Al金屬間化合物多孔材料的耐腐蝕性，同時(shí)又能夠附帶改善材料孔結(jié)構(gòu)，并達(dá)到優(yōu)良綜合使用性能的燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種改善耐腐蝕性的燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料以及應(yīng)用該多孔材料的過(guò)濾元件。本申請(qǐng)另外還要提供一種改善燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料孔結(jié)構(gòu)的方法。

本申請(qǐng)的燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料具有如下特征：

a)它主要由Ti、Al、C三種元素組成，這三種元素的重量之和占該燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料重量的90%以上，其中，Ti為T(mén)i、Al總重量的50～85%，C為T(mén)i、Al總重量的0.5～15%；

b)該燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料中的C主要是以Ti-Al基化合物的碳固溶體和Ti-Al基化合物的碳化物中的至少一種形態(tài)存在，或主要以Ti-Al基化合物的碳化物和TiC的形態(tài)存在，且在該燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料中大致上均勻分布；

c)它的孔隙率為30～60%，平均孔徑為0.5～50μm，抗拉強(qiáng)度≥30MPa，厚度≤5mm的燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料在0.05MPa的過(guò)濾壓差下純水的過(guò)濾通量≥1t/m²·h，在5wt%的鹽酸溶液中室溫浸泡8天后的失重率在0.8%以下。

上述的燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料可以僅由Ti、Al、C三種元素組成，也可以在不超過(guò)燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料總重量10%的范圍內(nèi)添加除Ti、Al、C以外的其他物質(zhì)，例如Cr、Mo、V、Nb、Si、W中一種或幾種元素。目前建議將該多孔材料中Ti、Al、C三種元素的重量之和控制在多孔材料重量的95%、97%、98%或者99%以上，從而既能夠保證燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料的性能，同時(shí)也可簡(jiǎn)化原料種類，便于生產(chǎn)。

當(dāng)燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料由Ti、Al、C三種元素組成時(shí)，根據(jù)C含量的變化，該燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料中的結(jié)晶相的組成可包括以下幾種情況：

1）該燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料的結(jié)晶相由Ti-Al-C三元合金組成，其中的C作為溶質(zhì)固溶在該合金中；

2）該燒結(jié)Ti-Al基合金多孔材料的結(jié)晶相由Ti-Al二元金屬間化合物與Ti-Al-C三元MAX相化合物組成，其中Ti-Al-C三元MAX相化合物為T(mén)i₂AlC、Ti₃AlC₂中的至少一種；