[發(fā)明專利]基于元素反應(yīng)/擴(kuò)散原理的提升“金屬升華造孔法”造孔效率的方法

在審

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• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN111804917A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐志剛;梁金榮;王傳彬;沈強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: B22F3/11
• 分類號: B22F3/11;C22C1/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

本發(fā)明公開了一種基于元素反應(yīng)/擴(kuò)散原理的提升“金屬升華造孔法”造孔效率的方法，包括有以下步驟：a.待造孔樣品在制備過程中加入一定比例的一種或多種易升華金屬造孔元素，制備完成后，將其放進(jìn)高真空爐的爐膛內(nèi)；b.在燒結(jié)室內(nèi)安裝蒸氣吸收載物臺，在蒸氣吸收載物臺上添加壓制好的可與升華金屬元素反應(yīng)的反應(yīng)物；c.在具有高真空度的燒結(jié)爐中對樣品進(jìn)行燒結(jié)，使樣品內(nèi)部和表面形成孔洞；升華出的金屬蒸汽與蒸氣吸收載物臺上的反應(yīng)物進(jìn)行反應(yīng)，加速反應(yīng)進(jìn)程，提高孔隙形成效率，獲得高孔隙率的多孔材料。該方法具有工藝過程簡單，成本低廉，通用性強(qiáng)等特點，可廣泛應(yīng)用于利用易升華金屬元素造孔制備多孔材料領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多孔材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種基于元素反應(yīng)/擴(kuò)散原理的提升“金屬升華造孔法”造孔效率的方法。

背景技術(shù)

多孔材料發(fā)展迅速，隨著科技進(jìn)步和技術(shù)創(chuàng)新，相繼出現(xiàn)泡沫鋁、泡沫鎳和泡沫鋼等泡沫金屬材料以及多孔陶瓷材料，這些材料以優(yōu)異的物理化學(xué)性能被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個重要領(lǐng)域。作為結(jié)構(gòu)材料，多孔金屬材料具有低密度、高比強(qiáng)度和高孔隙率等特點，廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、船舶制造業(yè)以及建筑和橋梁的吸能與隔振等；作為功能材料，金屬多孔材料具有吸波減震、散熱、隔音降噪和電磁屏蔽等性能，廣泛應(yīng)用于民用和軍事工業(yè)領(lǐng)域，如汽車的消聲排氣裝置和槍械消音管、汽車發(fā)動機(jī)與宇宙飛船的外部散熱面板、核廢料的凈化裝置以及汽車的尾氣凈化裝置等。

人們對多孔材料的研究從未停止，制備技術(shù)不斷更新發(fā)展，目前多孔材料的制備方法大體可分為三大類：即固態(tài)燒結(jié)法、熔煉鑄造法和原子離子態(tài)金屬沉積法。其中，金屬升華造孔法以其工藝簡單、成本低，孔隙率易于控制等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于金屬多孔材料的制備。金屬升華造孔法的基本原理是利用在原材料中加入易揮發(fā)金屬元素的升華效應(yīng)，當(dāng)溫度或者環(huán)境壓力到達(dá)易揮發(fā)金屬元素的升華點時，樣品表面造孔元素(易揮發(fā)金屬元素)形成的蒸汽壓與爐膛的環(huán)境壓力之間存在壓力差，造孔元素從樣品表面升華進(jìn)入爐膛的真空環(huán)境中，促進(jìn)造孔元素升華形成的金屬蒸汽不斷向爐膛空間中擴(kuò)散遷移，從而在樣品內(nèi)部與表面不斷形成孔洞，最終制備出高孔隙率的高性能多孔材料。但該方法也有一定的缺點，即在真空密閉環(huán)境中，壓坯中易升華的金屬蒸氣不斷升華，會增大爐膛氣壓，使得金屬氣體的氣壓不斷接近飽和蒸氣壓，當(dāng)兩者相等時，金屬升華與凝華達(dá)到動態(tài)平衡，抑制了樣品中金屬元素的升華，導(dǎo)致造孔效率嚴(yán)重降低。另外，金屬氣體擴(kuò)散還會對爐膛及真空泵造成污染。甚至，活潑的金屬蒸氣還會與爐膛內(nèi)壁及其發(fā)熱體發(fā)生反應(yīng)，降低爐膛的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中造孔方法帶來的缺陷，本發(fā)明提供一種基于元素反應(yīng)/擴(kuò)散原理的提升“金屬升華造孔法”造孔效率的方法，其利用元素反應(yīng)/擴(kuò)散原理，將從樣品中升華出的金屬蒸氣吸收，從而提高多孔材料造孔效率以及達(dá)到減少金屬蒸氣對設(shè)備污染和損壞的目的。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于元素反應(yīng)/擴(kuò)散原理的提升“金屬升華造孔法”造孔效率的方法，包括有以下步驟：

a.待造孔樣品在制備過程中加入一定比例的一種或多種易升華金屬造孔元素，制備完成后，將其放進(jìn)高真空爐的爐膛內(nèi)；

b.在燒結(jié)室內(nèi)安裝蒸氣吸收載物臺，在蒸氣吸收載物臺上添加壓制好的可與升華金屬元素反應(yīng)的反應(yīng)物；

c.在具有高真空度的燒結(jié)爐中對樣品進(jìn)行燒結(jié)，利用待造孔樣品中加入的易升華金屬元素的升華效應(yīng)，使樣品內(nèi)部和表面形成孔洞；升華出的金屬蒸汽與蒸氣吸收載物臺上的反應(yīng)物進(jìn)行反應(yīng)，加速反應(yīng)進(jìn)程，提高孔隙形成效率，獲得高孔隙率的多孔材料。

按上述方案，步驟a中，所述的易升華金屬造孔元素應(yīng)為具有較高蒸氣壓的錳、鋅、鎂中的一種或多種。