[發明專利]多孔預制體及其制備方法以及泡沫金屬及其制備方法

有效

• 申請號: 202010113632.4
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111235419B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 劉源;萬坦;陳祥;張華偉
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 哈達

本發明公開了一種多孔預制體的制備方法，包括以下步驟：S100，將無機鹽顆粒堆放于底端封閉的容器中形成無機鹽顆粒堆積體；S200，采用緊實方法使得所述無機鹽顆粒堆積體在所述容器中具有初步的緊實度；S300，在所述無機鹽顆粒堆積體上方施加向下的1MPa～10MPa的恒定壓力，以5℃～20℃的加熱速率將裝有所述無機鹽顆粒堆積體的所述容器升溫至0.2Tm～0.8Tm并保溫；S400，保溫1h～8h，使所述無機鹽顆粒發生蠕變并產生形變。本發明還公開了一種多孔預制體。本發明還公開了一種泡沫金屬的制備方法。本發明還公開了一種泡沫金屬。

技術領域

本發明涉及泡沫金屬技術領域，特別是涉及一種多孔預制體及其制備方法以及泡沫金屬及其制備方法。

背景技術

自然界中存在木材和軟木等蜂窩狀結構，以及骨骼、植物薄壁組織和海綿等泡沫狀結構，這些多孔結構質量輕、機械性能優異，滿足生物所需的承載要求。受到這些天然形成的多孔材料的啟發，人們將多孔結構引入到金屬材料中，制備出了多孔金屬，來使金屬材料滿足性能需求的同時還能減輕重量，從而進一步擴大了金屬材料的應用范圍。泡沫金屬中的孔隙為功能相，使其不僅保留了金屬的結構材料特性，還具有吸能、減震、吸聲、電磁屏蔽、隔熱或散熱等功能材料特點，可用作輕量化制造、能量吸收器、減震緩沖、電磁屏蔽器等，因此泡沫鋁在航空航天、汽車、石油化工、建筑等領域具有廣闊的應用前景。按照泡孔之間是否連通，泡沫金屬可分為閉孔和開孔兩大類。閉孔泡沫金屬的泡孔之間不連通，因其良好的力學性能而主要被用做吸能、減震等結構材料；開孔泡沫金屬中的泡孔之間相互連通，不僅擁有良好的力學性能而被用做結構材料，還因相互連通的泡孔而被用于高溫過濾、吸聲、散熱等功能材料。因此，開孔泡沫金屬應用前景良好，受到廣泛的關注。

開孔泡沫金屬制備方法主要有熔模鑄造法、顆粒滲流法、粉末冶金法、沉積法等，其中粉末冶金法和沉積法成本較高，難以大尺寸批量生產；熔模鑄造法工藝相對繁瑣，流程較長。相比較而言，顆粒滲流法由于工藝過程相對簡單、成本低廉、泡孔結構可控性強而受到最為廣泛的應用。顆粒滲流法制備開孔泡沫金屬可以分為以下三個步驟：(1)多孔預制體的制備；(2)金屬液在多孔預制體中的滲流與凝固；(3)多孔預制體的去除，得到開孔泡沫金屬。

顆粒滲流法中，多孔預制體一般由耐高溫、易脫除的無機鹽顆粒堆積而成，顆粒在模具中形成穩定的堆積之后，即可形成預制體，可見預制體制作過程相對簡單，極大地簡化了泡沫金屬制備工程，降低了制作成本，非常適合大批量工業化生產。但是，這種工藝也有一些固有的缺點：首先，泡沫金屬的孔隙率近似等于多孔預制體的堆積率，但受顆粒堆積率的限制，通常這種方法制備出來的泡沫金屬的孔隙率不超過70％；另外，泡沫金屬泡孔之間的連接通道源于預制體顆粒之間的接觸面，然而由于顆粒與顆粒之間的接觸面積有限，導致最終泡沫金屬的開孔程度較差，流阻較大，一方面限制了它的功能化應用，另一方面導致鹽粒脫除困難，未除盡的鹽粒會對基體造成嚴重的腐蝕，這些因素都大大限制了其輕量化及功能化應用。

通常，在顆粒滲流法中，為提高開孔泡沫金屬的孔隙率與開孔程度，采用多種方法提高多孔預制體的孔隙率。例如：(A)振動緊實，在顆粒堆積過程中，通過施加一定振動，來改善顆粒堆積方式，增加顆粒緊實度，但改善效果有限，堆積率提高一般不超過5％。(B)顆粒表面處理，將粘結劑噴灑在顆粒表面，使得顆粒之間相互搭接，從而提高預制體堆積率，但顆粒之間粘結難以控制，極易造成預制體局部溶在一起，造成最終泡沫金屬出現局部缺陷。(C)人工造粒，通過機械或手工并按照一定配方造出質軟顆粒，從而提高顆粒可壓縮性，但是這種方式耗時、造粒效率過低。

綜上所述，針對顆粒滲流法制備的開孔泡沫金屬孔隙率不高和開孔程度差的問題，目前還沒得到有效地解決，從而限制了這種方法的大規模工業化應用。

發明內容

基于此，針對開孔泡沫金屬的顆粒滲流法制備，有必要提供一種更加簡單有效地提高開孔泡沫金屬孔隙率和開孔程度的多孔預制體及其制備方法以及泡沫金屬及其制備方法。

一種多孔預制體的制備方法，包括以下步驟：