CN101413070A - 一种制备金属多孔材料的低温动态约束加载烧结方法 - Google Patents

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谈萍
汤慧萍
奚正平
张健
朱纪磊
康新婷
葛渊
汪强兵
王建勇
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Abstract

本发明公开了一种制备金属多孔材料的低温动态约束加载烧结方法，制备过程为：将待烧金属坯料或粉末直接装入烧结模中，在所述待烧金属坯料或粉末上放置带限位块的耐热加载重物，利用所述加载重物的重力对所述待烧金属坯料或粉末施加压力，然后将烧结模置于真空烧结炉中，在低于普通金属多孔材料烧结温度下进行低温动态约束加载烧结，即制得金属多孔材料。本发明采用的低温动态约束加载烧结方法是在普通的粉末冶金真空烧结炉中，采用结构简单的加载模具，利用模具的自重现象使热软化的金属颗粒互相粘结，在低温下完成金属多孔材料的烧结，避免了金属高温晶粒长大现象，金属多孔材料的尺寸大小可调、孔隙度可控，工艺简单，大大地降低了生产成本。

Description

一种制备金属多孔材料的低温动态约束加载烧结方法
技术领域
本发明涉及一种金属多孔材料的制备方法，特别是涉及一种制备金属多孔材料的低温动态约束加载烧结方法。
背景技术
金属多孔材料是一类兼具功能和结构双重属性的性能优异的新型工程材料，广泛应用于冶金机械、石油化工、能源环保、国防军工、核技术和生物制药等工业过程中的过滤分离、流体渗透与分布控制、消声抗震、高效燃烧、强化传质传热、阻燃防爆等领域。
金属多孔材料常采用粉末冶金方法进行制备，粉末或粉末压坯的烧结是该制备工艺的关键工序之一，对最终产品的性能起着决定性作用。加压烧结技术是粉末冶金中发展和应用较多的一种热成形技术，一般用于制造致密的陶瓷、难熔金属及其化合物材料，它将压制和烧结两个工序一并完成，在一定压力下迅速获得冷压烧结所达不到的密度，可以制作薄壁管、薄片等制件。传统的加压烧结技术不但要求设备必须耐高温、耐高压，而且在加热的同时需对制件施加外加压力，造成加压烧结设备庞大、结构复杂。如果烧结前为粉末状态，还必须先制备比制件本身更耐高温、高压的包套，前期工序复杂，成本高，这也导致加压烧结技术难以在金属多孔材料制造领域获得推广应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有加压烧结技术设备庞大、工序复杂、成本高的不足，提供一种工艺简单、成本低，采用普通的粉末冶金烧结炉制备尺寸和孔隙度可控的金属多孔材料的低温动态约束加载烧结方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：将待烧金属坯料或粉末直接装入烧结模中，在所述待烧金属坯料或粉末上放置带有限位块的耐热加载重物，利用所述加载重物的重力对所述待烧金属坯料或粉末施加压力，然后将烧结模置于真空烧结炉中，在低于普通金属多孔材料烧结温度下即<0.6T熔进行低温动态约束加载烧结，动态约束加载压力为0.5-15.0Kpa，即制得孔隙度为20～60％的金属多孔材料。
在所述待烧金属坯料或粉末上放置带有限位块的耐热加载重物之前，将所述待烧金属坯料进行预压模压成型，所述预压压力为2.5～10.0Mpa。
在所述待烧金属坯料与所述加载重物之间设置有耐热隔离层。
所述耐热隔离层的隔离材料为不与所述待烧金属坯料或粉末和所述加载重物二者发生反应的耐热材料。
所述耐热材料为陶瓷或耐热金属。
所述待烧金属坯料或粉末为金属及其合金粉末或金属纤维。
所述金属及其合金粉末为不锈钢、钛及其合金或镍及其合金，所述金属纤维为不锈钢纤维或镍纤维。
所述T熔为金属的熔点。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明采用廉价的普通粉末冶金烧结炉和结构简单的加载模具，利用模具的自重现象使热软化的金属颗粒互相粘结，在低温下完成金属多孔材料的烧结，避免了金属高温晶粒长大现象，制件的尺寸大小可调、孔隙度可控，工艺简单，避免采用复杂的、昂贵的加压烧结设备和包套，极大地降低了成本；同时，通过在烧结过程中对制件的动态约束加载，在保证制品质量的同时，显著降低烧结温度，从而减少烧结工序中的能源消耗、降低成本。
下面通过实施例，对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明工艺中采用的加载模具的结构示意图。
图中：1-加载重物，2-限位块，3-隔离层，4-金属多孔材料，5-烧结模。
具体实施方式
实施例1
镍微流量控制芯体的制备：选择-80～-400目粒度的镍粉，直接装入烧结模5致密镍管中，经过2.5～5.0MPa模压成型，然后上下各夹一块ZrO2隔离层3，再压上带有限位块2的钼块(即加载重物1)，利用钼块的重量在烧结软化时加载，压力为2.0～15.0KPa，于真空烧结炉中，在温度700～850℃下真空烧结2～4小时，当钼块下降到限位块2时停止下降。制得孔隙度为20～40％的小尺寸(Φ3～6mm)镍节流体(即金属多孔材料4)，用于微流量控制器中，可以实现微流量的精确、高效控制，提高节流器的使用寿命和可靠性。
实施例2
SPE水电解电极用大面积钛多孔板的制备：选择-80～+400目粒度的钛粉，松装振动装入喷涂了ZrO2砂(ZrO2砂为隔离层3)的不锈钢烧结模5中(上模板带有限位块2)，利用不锈钢板(即加载重物1)的重量在烧结软化时加载，压力为1.0～5.0KPa，于真空烧结炉中，在温度800～1000℃下真空烧结2～4小时，当不锈钢上模板下降到限位块2时停止下降。制得孔隙度为40～60％的大尺寸(Φ140～200mm)钛多孔板(即金属多孔材料4)，薄且不变形，用作SPE水电解的电极，具有优良的导电、透气性和抗电化学腐蚀性。
实施例3
不锈钢纤维多孔板的制备：选择5～30μm范围内合适直径的不锈钢纤维，剪成所需尺寸，一层一层重叠铺至200～500mm高度，经过8.0～10.0MPa模压成型，上下各夹一层Al2O3陶瓷纸(即隔离层3)，然后放入致密的不锈钢烧结模5中，在纤维的顶部压上带有限位块2的不锈钢板(即加载重物1)，利用不锈钢板的重量在烧结软化时加载，压力为0.5～1.0KPa，于真空烧结炉中，在温度800～900℃真空烧结2～4小时，当上压的不锈钢板下降到限位块2时停止下降。制得孔隙度为30～60％的尺寸为20～500×20～500×2～50mm的不锈钢多孔纤维板(即金属多孔材料4)，强度高、抗冲击和震动性好，耐恶劣工作环境的能力强，在高温、油污、水汽等条件下，可以作为理想的流体分布、吸声抗震材料。

Claims (7)

1.一种制备金属多孔材料的低温动态约束加载烧结方法，其特征在于制备过程为：将待烧金属坯料或粉末直接装入烧结模中，在所述待烧金属坯料或粉末上放置带有限位块的耐热加载重物，利用所述加载重物的重力对所述待烧金属坯料或粉末施加压力，然后将烧结模置于真空烧结炉中，在低于普通金属多孔材料烧结温度下即<0.6T熔进行低温动态约束加载烧结，动态约束加载压力为0.5-15.0Kpa，即制得孔隙度为20～60％的金属多孔材料。
2.根据权利要求1所述的一种制备金属多孔材料的低温动态约束加载烧结方法，其特征在于：在所述待烧金属坯料或粉末上放置带有限位块的耐热加载重物之前，将所述待烧金属坯料进行预压模压成型，所述预压压力为2.5～10.0Mpa。
3.根据权利要求1或2所述的一种制备金属多孔材料的低温动态约束加载烧结方法，其特征在于：在所述待烧金属坯料或粉末与所述加载重物之间设置有耐热隔离层。
4.根据权利要求3所述的一种制备金属多孔材料的低温动态约束加载烧结方法，其特征在于：所述耐热隔离层的隔离材料为不与所述待烧金属坯料或粉末和所述加载重物二者发生反应的耐热材料。
5.根据权利要求4所述的一种制备金属多孔材料的低温动态约束加载烧结方法，其特征在于：所述耐热材料为陶瓷或耐热金属。
6.根据权利要求1或2所述的一种制备金属多孔材料的低温动态约束加载烧结方法，其特征在于：所述待烧金属坯料或粉末为金属及其合金粉末或金属纤维。
7.根据权利要求6所述的一种制备金属多孔材料的低温动态约束加载烧结方法，其特征在于：所述金属及其合金粉末为不锈钢、钛及其合金或镍及其合金，所述金属纤维为不锈钢纤维或镍纤维。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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