[發明專利]金屬結構

在審

• 申請號: 201980092948.5
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN113840931A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 杰克遜·利·史密斯;錢馬;宋婷婷;丹尼爾·梁
• 申請（專利權）人: 皇家墨爾本理工大學
• 主分類號: C22C3/00
• 分類號: C22C3/00;C25F3/02;C22C5/02;C23F1/16
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 劉明海;胡彬

一種生產包含限定枝晶通道網絡的多孔枝晶間基質的金屬結構的方法，該方法包括以下步驟：制備包含金屬元素和至少一種合金元素的合金熔體，將合金熔體冷卻成固態合金，其中所述冷卻促進在富含所述金屬的枝晶間基質內形成富含所述至少一種合金元素的枝晶網絡，使所述固態合金脫合金，以從枝晶和枝晶間基質中去除合金元素，以獲得所述金屬結構。

技術領域

本發明總體上涉及獲得金屬結構的方法、所述金屬結構和包含所述金屬結構的抗微生物裝置。所述金屬結構可以具有多峰孔徑分布。

背景技術

多年來，大量的研究工作致力于開發用于特定工業需求的由多孔金屬制成的結構。制造多孔金屬的現有工藝包括固溶體合金的脫合金。本質上，脫合金是指從固溶體合金中選擇性浸出一種或多種元素以產生剩余的多孔結構。該剩余的結構富含對浸出介質反應性較低(即較惰性)的元素，并呈現由被去除的較活潑(即較低惰性)的元素留下的三維空隙網絡。脫合金過程通常用于制造多孔金屬結構，其特征在于具有納米尺度可調尺寸的互連孔網絡。

在這種情況下，具有多峰孔徑分布(即在多個長度尺度上在至少兩個值處達到峰值的分布)的孔的金屬結構被認為對各種應用特別有價值。

常規的脫合金過程已經適用于制造具有多峰尺寸分布的孔的金屬結構。這通常通過多步過程實現，包括首先將犧牲性微米尺寸填料/模板引入固態合金，然后進行常規脫合金以去除犧牲性填料/模板和合金中較低惰性的元素。所得的金屬結構具有對應于被去除的填料/模板的納米尺寸的孔和微米尺寸的空隙。

然而，雖然這些多步脫合金過程提供了一些制造靈活性，但所得的金屬結構固有地機械穩定性差。而且，這些結構的多孔網絡的特征通常在于高彎曲度和低滲透度，有效地限制了通過該結構的流體流動。這有效地限制了這些結構在流體處理應用(例如過濾)中的實際適用性，由于這些結構在使用過程中產生顯著的回流壓力，這進一步暴露了這些結構的機械脆性。此外，常規填料/模板方法的多步驟性質使得它們固有地復雜，并限制了它們在大規模上的適用性。

因此，仍然有機會解決或改善常規方法和產品的一個或多個缺點或限制，或者至少提供有用的替代方案。

發明內容

本發明提供一種生產金屬結構的方法，該金屬結構包含限定枝晶通道網絡的多孔枝晶間基質，該方法包括以下步驟：(i)制備包含金屬元素和至少一種合金元素的合金熔體，(ii)將所述合金熔體冷卻成固態合金，其中所述冷卻促進在富含所述金屬的枝晶間基質內形成富含所述至少一種合金元素的枝晶網絡，和(iii)使所述固態合金脫合金，以從(a)枝晶和(b)枝晶間基質中去除所述至少一種合金元素，以獲得所述金屬結構。

通過該固態合金中枝晶的特定幾何性質和空間排列，脫合金后得到的枝晶通道網絡的相應空間組織確保了多孔枝晶間基質的機械連續性。因此，相對于通過常規填料/模板路線或通過對均質固態合金(即沒有枝晶)進行脫合金獲得的多孔金屬結構，所述金屬結構可以固有地受益于優異的機械穩定性和耐久性。

而且，本發明方法中步驟的特定組合有利地允許制造具有多峰孔徑分布的孔的金屬結構。“多峰”孔徑分布是指在兩個或更多個不同的平均孔徑值處達到峰值的孔徑分布，其中每個平均孔徑值可落入與其他平均孔徑值不同的長度尺度內。表述“長度尺度”在本文中是指以一個數量級的精度確定的特定長度。相應地，“雙峰”孔徑分布將在兩個平均值處達到峰值，“三峰”孔徑分布將在三個平均值處達到峰值，等等。

因為枝晶富含合金元素，并且脫合金步驟隨后去除合金元素，所以在脫合金后有效地從固態合金中去除枝晶，留下空的枝晶通道。因此，脫合金結構包含與枝晶通道相關聯的至少一種孔隙率狀態(regime)和與通過從枝晶間基質中去除合金元素而引起的孔隙率相關聯的一種孔隙率狀態，產生具有至少雙峰孔徑分布的孔。