[發明專利]多孔鎳的制備方法

在審

• 申請號: 201410557514.7
• 申請日: 2014-10-17
• 公開（公告）號: CN104263989A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 馮威;王國太;劉琦兵;朱曉東;馮靜;孫艷;羅健;肖強
• 申請（專利權）人: 成都大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 董芙蓉

技術領域

本發明涉及多孔金屬材料制備方法，具體為是多孔鎳的制備方法。

現有技術

目前較為常用的多孔鎳材料制備方法主要有粉末冶金燒結法、松裝燒結法、電沉積法、熔體發泡法、放點等離子法、去合金法與添加造孔劑的粉末燒結法等。但是，由于粉末燒結多孔鎳的孔隙率較低，最高只有40％左右，且孔的連通性較差，難以滿足催化應用的要求；松裝燒結的多孔鎳可以達到40％～60％的孔隙率，但材料中孔的均勻性與孔徑較難控制，導致同批次燒結材料間的一致性差；電沉積法可以制備出孔隙率超過90％以上的通孔多孔鎳，但由于其比表面積小，10m²/g以下，對于孔隙特性要求較高的多孔鎳材料來說，其應用受到很大的局限；采用熔體發泡法生產的多孔鎳材料純度低，且形成大量閉孔，是目前較為低端的一種多孔金屬制備方法，難以滿足高性能多孔鎳材料的制備要求。去合金法是近年來開發的一種較為新型的多孔金屬制備方法，采用對多種金屬混合熔煉塊體中的一種或多種成分進行腐蝕溶解去除，從而達到造孔的目的，具有孔隙均勻性與孔隙率高、孔隙連通性好的特點，但是該方法只適用于較小孔隙的生成，孔隙小于100nm，且同樣存在摻入元素去除不完全，孔隙結構調節困難的問題；放電等離子燒結可以制備出宏觀組織均勻的多孔鎳材料，且由于其燒結溫度低，故多孔鎳材料比表面積大，孔隙率較高，70％左右，但該方法設備要求高，工藝復雜，且對孔徑配比與孔隙調節仍然較為困難，因此很少大規模的用于高孔隙率多孔鎳材料的生產。

添加造孔劑的粉末燒結法是將金屬粉末與某種造孔劑進行合理混合搭配，在氣氛保護或真空環境下進行燒結成塊，再通過造孔劑的去除而得到多孔狀金屬塊體的多孔金屬制備方法，該方法具有：生產成本低、能進一步提高粉末冶金燒結法制備的多孔鎳材料的孔隙率、使多孔鎳材料內部孔隙結構與孔隙分布得以改善等特性，因此是目前較為先進的一種用于制備大孔型多孔金屬材料的制備方法。但是，采用該方法制備的多孔材料目前也存在一些的不足，其中一個關鍵問題便是造孔劑的選用與去除。目前常用的造孔劑主要有磷酸三鉀、氯化鈉、碳酸氫鈉，碳酸氫鈣等。采用這些造孔劑常會造成：1、鎳材料熔化以后形成閉孔，并對造孔劑形成包覆，使造孔劑無法與溶劑接觸并溶解，造成造孔劑脫出不充分；2、多孔鎳材料燒結完成以后，都需要對造孔劑進行水溶，即需要將燒結后的多孔塊體材料放置于溶劑如熱水、酒精、丙酮等中對造孔劑進行清洗，從而造成1)清洗過程中外來雜質對多孔材料的污染；2)鎳材料與溶劑之間的反應，進而影響多孔鎳材料的使用性能。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供對于添加造孔劑的粉末燒結法，提供一種更為合理的多孔鎳材料制備方法，實現簡化生產工藝與降低生產成本、調節孔隙尺寸與孔隙率、提高材料潔凈度與表面催化活性等方面的要求。

具體技術方案為：

多孔鎳的制備方法，包括以下過程：

直徑為1～1.5μm的鎳粉，粒徑為10～50μm的萘粉作為造孔劑，造孔劑與鎳粉以1∶5的質量比例進行配比混合；

將混合后的粉裝入墊有碳紙的硬質合金模具中，并用壓頭將粉整平；

模具上方的壓頭取下，將裝有粉體的模具置于真空燒結爐內，抽真空，將爐體溫度緩慢升高至80℃，并保溫；

等待萘材料完全揮發，調節燒結爐溫度至600℃進行真空燒結，保溫10min后；

自然冷卻，所得到產物即為多孔鎳。

所述的鎳粉純度為99.98％以上，松裝密度為1.414g/cm³。萘粉純度為99.97％以上。

本發明提供的多孔鎳的制備方法，所使用的造孔劑為升華性造孔劑，無需材料制備后期的造孔劑去除步驟；在鎳材料發生燒結以前就會通過升華的方式排除到材料體以外，從而不會發生傳統造孔劑殘留和脫出不充分的現象。采用80℃低溫長時間保溫的方式，對升華性造孔劑進行預先去除，依靠粉體材料自身拱橋特性進行孔隙的維持；拱橋特性指的是由于實際粉料附著和凝聚的作用導致顆粒互相交錯咬合，形成拱橋型空間，增大了空隙率，從而使粉料自由堆積的孔隙率比理論計算值大得多的現象。

附圖說明

圖1是對比例所得多孔鎳的內部結構圖；

圖2為實施例所得多孔鎳的內部結構圖；

圖3為實施例所得多孔鎳的斷口成分圖。

具體實施方式

結合實施例說明本發明具體實施過程。

采用純度為99.98％，松裝密度為1.414g/cm³，直徑為1～1.5μm的鎳粉作為多孔鎳材料的原料粉體。