[發明專利]一種冷凍裝置及其制備高強韌層狀多孔鈦合金材料的方法

有效

• 申請號: 202011267741.8
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112553494B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 姚正軍;杜文博;張莎莎;束長青;章旗超;張帆;李祥碩;姚孟欣
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;B22F3/11;B22F9/20;B22F5/00;C22C14/00;F25B21/02
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 劉佳慧

本發明公開了一種冷凍裝置及其制備高強韌層狀多孔鈦合金材料的方法，冷凍裝置包括模具、金屬薄片、半導體制冷片組、熱敏半導體、溫控器、電源、金屬空心板、冷卻管路、冷卻液存儲單元及冷卻和動力單元；模具置于金屬薄片上，金屬薄片固定在半導體制冷片組上；半導體制冷片組與電源連接；熱敏半導體固定在模具底部，溫控器與熱敏半導體連接，監測模具底部的溫度；溫控器還與電源連接，通過調節電源的輸出控制半導體制冷片組；半導體制冷片組固定在金屬空心板上；冷卻液存儲單元通過冷卻管路與金屬空心板連通；冷卻和動力單元對冷卻液進行降溫和輸送。本發明具有材料結構可調控、制備簡單成本低等優點。

技術領域

本發明屬于材料領域，涉及一種層狀多孔鈦合金材料的制備方法，尤其涉及一種冷凍裝置及其制備高強韌層狀多孔鈦合金材料的方法。

背景技術

金屬多孔材料是一種含有內部孔和骨架特征結合的結構功能一體化材料。它具有金屬材料強度高、韌性高，導熱性好，耐高溫、抗腐蝕，可焊接、易加工等優良特性，同時，其內部孔隙結構特征又給予了其特殊特性，如滲透能力，吸附能力，緩沖能力等。廣泛的應用于生物醫藥、催化電池、吸聲降噪、過濾等行業。伴隨著社會與科技的發展，金屬多孔材料向著高性能、多功能化方面發展，體現在材料上則是對于材料的要求更加苛刻，需求更高的耐溫性、更強的韌性和更優異的耐蝕性。

因此對于研發具有高性能、長耐久、耐高溫的新型多孔材料迫在眉睫。如過濾材料、熱傳導材料、吸聲降噪材料等多孔材料，在骨架和孔隙處往往存在能量的交換和傳遞，或者動量的轉化，力學性能與孔隙的形貌密切相關。而研究表明，作為仿生結構的層狀貝殼結構具有高強韌的性能。

但是由于粉末制備多孔材料的工藝限制，其中泡沫金屬材料，蜂窩金屬材料居多，且內部孔隙極難控制。

此外，金屬粉末在傳統的燒結過程中，對于氣氛的要求非常高，尤其是對于氧原子非常敏感，因此對于燒結的要求非常高。并且粉粒周邊會固有的吸附一層氧原子，無法去除。對于燒結后的產品的塑韌性造成非常嚴重的下降。

發明內容

本發明公開了冷凍裝置及其制備高強韌層狀多孔鈦合金材料的方法，主要是針對在目前多孔材料制備技術中，多孔鈦合金往往為泡沫狀或蜂窩狀，層狀多孔難制備的限制，并改善多孔鈦合金的韌性。通過本申請的冷凍裝置實現一種新的冷凍澆鑄技術，將TiH₂、B₄C漿料通過冷凍裝置的冷凍，隨后將冷凍成固體的漿料在冷凍情況下抽真空，水升華變為孔隙，制備出具有孔隙率范圍寬(30％-80％)，孔徑選擇性大(20μm-1000μm),層狀分布可控(各向異性、各向同性)等多孔層狀原始胚體。最后燒結獲得層狀多孔鈦合金構件，以滿足不同應用對于多孔材料的需求。

為實現上述目的，本發明提供一種冷凍裝置，具有這樣的特征：包括模具、金屬薄片、半導體制冷片組、熱敏半導體、溫控器、電源、金屬空心板、冷卻管路、冷卻液存儲單元及冷卻和動力單元；模具為具有一圈閉合側壁的框體，無底面上下貫穿，可以為圓環形等任意形狀；模具置于金屬薄片上，金屬薄片固定在半導體制冷片組上；半導體制冷片組與電源連接，電源為半導體制冷片組供電，半導體制冷片組通電制冷；熱敏半導體固定在模具底部，溫控器與熱敏半導體連接，監測模具底部的溫度；溫控器還與電源連接，通過調節電源的輸出控制半導體制冷片組的制冷溫度和冷卻速率；半導體制冷片組固定在金屬空心板上；冷卻液存儲單元存儲有冷卻液，冷卻液存儲單元通過冷卻管路與金屬空心板連通，形成冷卻回路，為金屬空心板提供循環的冷卻液；冷卻和動力單元包括冷卻裝置和動力裝置，設置在冷卻管路上，對冷卻液進行降溫和輸送。

其中，所述模具為聚四氟乙烯等隔熱材料或銅等導熱材料。采用隔熱材料的模具時，產物為單向的層片結構；采用導熱材料的模具時，產物為多向的層片結構。金屬薄片和金屬空心板的材料優選為銅。

進一步，本發明提供一種冷凍裝置，還可以具有這樣的特征：還包括若干深度熱敏半導體，固定在模具內的不同深度處，均與所述溫控器連接，監測模具內不同深度的溫度。