[發(fā)明專利]一種結(jié)構(gòu)尺寸可控的鈦/銀雙連續(xù)相材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810735109.8
• 申請(qǐng)日: 2018-07-06
• 公開（公告）號(hào): CN110684939B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金海軍;胡文凱;邵軍超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): C22F1/18
• 分類號(hào): C22F1/18;C22F1/14;C22C14/00;C22C5/06
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)尺寸可控的鈦/銀雙連續(xù)相材料及其制備方法，屬于雙連續(xù)相材料制備領(lǐng)域。該材料中，富鈦相和富銀相在整個(gè)三維空間中拓?fù)溥B續(xù)，各相之間相互交織貫穿分布于整個(gè)材料，形成雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的制備方法主要包括以下步驟：將選定成分的鈦銀母合金固體加熱到液固兩相區(qū)溫度之間，保溫一定時(shí)間，然后快速冷卻，從而獲得鈦/銀雙連續(xù)相材料。采用該方法制備的鈦銀雙連續(xù)相材料組織致密，富鈦相和富銀相相互貫穿，結(jié)構(gòu)尺寸可控調(diào)節(jié)，相與相之間界面結(jié)合良好，兩相互鎖，可以大幅提高材料的強(qiáng)韌性、耐磨性、減震能力及高溫性能等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雙連續(xù)相材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)構(gòu)尺寸可控的鈦/銀雙連續(xù)相材料及其制備方法。

背景技術(shù)

雙連續(xù)相材料是一種具有特殊微觀結(jié)構(gòu)的新型材料。該材料的兩相在整個(gè)三維空間中拓?fù)溥B續(xù)，各相之間相互交織貫穿于整個(gè)材料，相與相之間又相互分離。在該類材料中，各相都具有獨(dú)立開孔的微結(jié)構(gòu)，并且各自在三維尺度上都貫穿于整個(gè)材料。由于該材料所獨(dú)有的雙相互鎖結(jié)構(gòu)，因而被認(rèn)為可以大幅提高材料的強(qiáng)韌性、耐磨性、減震能力及高溫性能等，在航空航天、生物醫(yī)用、能源環(huán)保等方面都具有廣泛的應(yīng)用前景。盡管具有互貫穿雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)的材料在自然界中普遍存在，比如動(dòng)物骨骼、木材等，但人工制備出高質(zhì)量的該類復(fù)合材料仍然比較困難。

雙連續(xù)相材料的制備方法可分為兩大類：(1)預(yù)制件浸滲法；(2)原位合成法。前者是先預(yù)先制備出具有連續(xù)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔預(yù)制件，然后向多孔預(yù)制件中浸滲液態(tài)材料或者沉積一些材料，制備出雙連續(xù)相材料；后者是利用化學(xué)反應(yīng)在基體中原位生成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的第二相，僅能適用于少數(shù)材料。

制備高質(zhì)量的雙連續(xù)相材料的主要困難在于如何精確控制各相的連通性以及組成相的空間分布。目前，雙連續(xù)相材料一般常用的制備方法是向多孔預(yù)制件中浸滲液體材料。因此，無(wú)論是從制備工藝的角度還是從結(jié)構(gòu)性能的角度看，為獲得穩(wěn)定的多孔預(yù)制件，就必須對(duì)預(yù)制件的骨架結(jié)構(gòu)、孔隙率和孔隙大小進(jìn)行限制，這就導(dǎo)致了該材料存在設(shè)計(jì)性和可控性較差等難題。同時(shí)，采用多孔預(yù)制件浸滲方法制備的雙連續(xù)相材料容易存在潤(rùn)濕性差、界面結(jié)合以及填充不充分等問(wèn)題，并且采用的多孔預(yù)制件的孔徑結(jié)構(gòu)尺寸一般在幾十到幾百微米以上。因此，提高雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)性，開發(fā)新的雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)的構(gòu)建技術(shù)，是雙連續(xù)相材料制備新技術(shù)的發(fā)展方向。

鈦和銀都是功能性很強(qiáng)的金屬元素，在輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)、電子器件、生物醫(yī)用材料等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。尤其是在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，由于鈦具有較好的物理特性和良好的生物相容性，銀具有高效、廣譜的殺菌特性，因此具有廣闊的應(yīng)用前景和重大的經(jīng)濟(jì)效益。目前鈦銀合金材料的制備工藝主要有熔煉鑄造、粉末冶金及物理或者氣相沉積等方法。由于材料體系的限制，采用熔煉鑄造和粉末冶金方法制備的鈦銀合金材料中銀原子的百分含量一般不超過(guò)20％，否則就會(huì)有金屬間化合物Ti₂Ag和TiAg生成，從而影響材料的性能。由于工藝條件的限制，采用物理或者氣相沉積方法制備的鈦銀合金材料為納微米級(jí)別的層狀材料。因此，采用目前的工藝方法制備鈦銀合金材料具有很大的局限性，尤其是無(wú)法高效制備出鈦原子百分含量在20％-80％的高質(zhì)量的鈦銀合金材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)尺寸可控的鈦/銀雙連續(xù)相材料及其制備方法，通過(guò)控制鈦銀母合金成分、加熱溫度和保溫時(shí)間等參數(shù)，制備出相結(jié)構(gòu)尺寸在50nm～500μm范圍可控調(diào)節(jié)，相與相之間界面結(jié)合良好的鈦/銀雙連續(xù)相材料。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種結(jié)構(gòu)尺寸可控的鈦/銀雙連續(xù)相材料，該材料由結(jié)構(gòu)尺寸可控的富鈦相和富銀相組成，兩相均在三維空間中連續(xù)分布，都具有獨(dú)立開孔的微結(jié)構(gòu)，并且各相在三維空間上都貫穿于整個(gè)材料，形成雙連續(xù)相的結(jié)構(gòu)。

所述富鈦相和富銀相的結(jié)構(gòu)尺寸為50nm～500μm；富鈦相中銀元素的原子百分含量為0～20％，富銀相中鈦元素的原子百分含量為0～20％。該材料中鈦元素的原子百分含量為20％～80％，余量為銀。