[發(fā)明專利]一種連續(xù)直通多孔材料的連鑄設(shè)備與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410262367.0
• 申請(qǐng)日: 2014-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN104001879B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉雪峰;張強(qiáng);謝建新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B22D11/04
• 分類號(hào): B22D11/04;B22D11/055;B22D11/14
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11401
• 代理人: 皋吉甫

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多孔材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供一種連續(xù)直通多孔材料的連鑄設(shè)備與方法。

背景技術(shù)

多孔材料是由不少于2個(gè)封閉、半封閉、開口或者彼此連通（或不連通）的孔洞構(gòu)成的材料，通常具有比重小、剛度大、比表面積大、滲透性好等優(yōu)點(diǎn)，以及吸聲、隔音、凈化、過濾、導(dǎo)熱、散熱、減震等功能，是一種新興的高性能材料，在電子、信息、汽車、船舶、鐵路、航空、航天、能源、環(huán)保、石油、化工、冶金、機(jī)械、建筑、生物、制藥、國(guó)防軍工和日常生活等領(lǐng)域用途廣泛[H.?P.?蒂吉斯切，B.?克雷茲特.?多孔泡沫金屬[M].?北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005]。特別是，隨著近年來能源和環(huán)保等問題的日益突出，民用高新技術(shù)和國(guó)防軍工的快速發(fā)展，熱交換和過濾等行業(yè)對(duì)具有連續(xù)直通孔洞的多孔材料提出了迫切的需求，用量不斷增加，成為了多孔材料發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)方向。

傳統(tǒng)的多孔材料制備方法主要有熔體發(fā)泡法、粉末冶金法、擠壓法、金屬/氣體共晶定向凝固法等。熔體發(fā)泡法很難實(shí)現(xiàn)孔洞結(jié)構(gòu)的精確控制，一般只能制備具有封閉孔洞的材料，且孔洞的長(zhǎng)度有限[楊雪娟，劉穎，李夢(mèng)，等.?多孔金屬材料的制備及應(yīng)用[J].?材料導(dǎo)報(bào)，2007，21（專輯Ⅷ）：380-383]。粉末冶金法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)孔洞的大小和分布的精確控制，生產(chǎn)具有長(zhǎng)而直孔洞的多孔材料也比較困難，且由于孔隙不規(guī)則，受力時(shí)應(yīng)力集中比較明顯，力學(xué)性能等較低[劉培生，黃林國(guó).?多孔金屬材料制備方法[J].?功能材料，2002，33（1）：5-8]。擠壓法能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單連續(xù)直通多孔材料的制備，但存在著所需設(shè)備復(fù)雜且造價(jià)高、工藝流程長(zhǎng)、成材率低、能源和模具消耗大、生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品質(zhì)量的一致性與穩(wěn)定性難以保證、不易制備高強(qiáng)度難變形及含復(fù)雜孔洞的連續(xù)直通多孔材料等問題[劉元文，陳莉，宋寶韞.?汽車空調(diào)平行流多孔管的連續(xù)擠壓技術(shù)[J].?鍛壓技術(shù)，2007，32（1）：53-54，64]。金屬/氣體共晶定向凝固法是近年來國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)與熱點(diǎn)，可以制備出結(jié)構(gòu)類似蓮藕的藕狀多孔材料[謝建新，劉新華，劉雪峰，等.?藕狀多孔純銅棒的制備與表征[J].?中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2005，15（11）：223-227]，但是孔洞率、孔洞的大小與分布很難實(shí)現(xiàn)精確的控制，通孔率較低，難以制備出沿凝固方向長(zhǎng)而直的孔洞，應(yīng)用范圍有限。

因此，開發(fā)一種能夠短流程、近終形、高效率、節(jié)能降耗、低成本生產(chǎn)具有連續(xù)直通孔洞的多孔材料的設(shè)備與方法，滿足民用高新技術(shù)和國(guó)防軍工等領(lǐng)域?qū)Χ嗫撞牧喜粩嗵岢龅母咝阅堋⒍嘁?guī)格、多品種等新要求，具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明將不少于2根的平直的高熔點(diǎn)固體芯材（如鎢、鉬或石墨等）按照所需制備連續(xù)直通多孔材料的孔洞分布、數(shù)量和形狀尺寸要求進(jìn)行并列組裝，將其一端采用固體芯材固定裝置進(jìn)行固定（以下簡(jiǎn)稱該端為“固定端”），另一端對(duì)齊并處于非約束狀態(tài)（以下簡(jiǎn)稱此端為“自由端”），構(gòu)成固體芯材束；然后將組裝為一體的固體芯材固定裝置和固體芯材束放置于連鑄設(shè)備的鑄型中，固體芯材固定裝置安裝并固定在鑄型入口位置，固體芯材束的自由端位于鑄型中部區(qū)域，固體芯材長(zhǎng)度方向與鑄型中心線平行；通過合理控制連鑄工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)熔點(diǎn)相對(duì)較低且不與固體芯材發(fā)生反應(yīng)的被鑄材料（如銅、鎂、鋁、銀、金、硅或上述元素組成的合金等）熔體液固界面的位置與形狀的精確控制，保證被鑄材料凝固瞬間，固體芯材束的固定端一側(cè)在被鑄材料熔體中，自由端一側(cè)在已凝固被鑄材料中，同時(shí)在牽引機(jī)構(gòu)的作用下，已凝固被鑄材料能非常順利地與固體芯材束馬上分離，并及時(shí)形成孔洞，緊接著又進(jìn)行新一輪的凝固、分離動(dòng)作，不斷循環(huán)重復(fù)這一過程，從而連續(xù)地形成直通的孔洞（以下簡(jiǎn)稱“通孔”），最終連鑄得到所需長(zhǎng)度（理論上可以達(dá)到無限長(zhǎng)）的連續(xù)直通多孔材料，其中孔洞的分布、數(shù)量和形狀尺寸都與固體芯材束中固體芯材的分布、數(shù)量和形狀尺寸完全對(duì)應(yīng)。本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)直通多孔材料的連鑄設(shè)備與方法（稱作“脫芯連鑄法”），解決目前制備連續(xù)直通多孔材料存在的設(shè)備復(fù)雜且投資大、生產(chǎn)流程長(zhǎng)、能耗大、成材率低、成本高，以及部分急需的連續(xù)直通多孔材料無法生產(chǎn)等問題。