CN101413071A - 一种梯度孔结构金属多孔材料及其制备方法 - Google Patents

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汪强兵
汤慧萍
奚正平
杨保军
谈萍
张文彦
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Abstract

本发明提供了一种梯度孔结构金属多孔材料,由至少两层不同孔径的多孔层组成,所述金属多孔材料的孔径随着材料厚度方向逐渐减小或逐渐增大,所述多孔层的底层为用作支撑体的大孔层,所述多孔层的表层为用作过滤精度控制层的细孔层;所述大孔层材料为复合金属丝网、金属纤维毡或粉末烧结金属多孔材料,所述细孔层材料为超细金属粉末或超细金属纤维。其制备方法是用喷涂、浸渍或离心涂膜的方法在所述支撑体表面制作至少一层细孔层。本发明梯度孔结构金属多孔材料与同级别传统的金属多孔材料相比,梯度孔结构金属多孔材料透气系数得到明显提高,较好的解决了金属多孔材料孔径与相对透气系数之间的矛盾,其工艺简单。

Description

一种梯度孔结构金属多孔材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属多孔材料及其制备方法,具体涉及一种梯度孔结构金属多孔材料及其制备方法。
背景技术
金属多孔材料是一类具有明显孔隙特征的金属功能材料,由于孔隙的存在,具有分离过滤、流体渗透与分布控制、流态化、高效燃烧、强化传质传热、阻燃防爆等功能。已经广泛的应用在冶金机械、石油化工、能源环保、国防、核技术、食品工程和生物制药等工业过程,是国民经济发展不可或缺的关键材料。
传统的金属多孔材料孔径一般在1μm~200μm之间,孔径在厚度方向是均匀一致分布(如图1和图2所示),其透过性能随着厚度的增加大幅下降、孔径减小也大幅下降。而随着现代过滤工业的发展,要求金属多孔材料具有较小的孔径(≤1μm),同时保持良好的透过性能。在其它工业领域,如高效燃烧,也要求金属多孔材料的孔径随着厚度方向逐渐减小。对传统的金属多孔材料来说,过滤精度和透过能力是一种此消彼涨的矛盾关系,因此亟需研究开发一种新型的金属多孔材料。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种透气系数高的梯度孔结构金属多孔材料。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种梯度孔结构金属多孔材料,其特征在于由至少两层不同孔径的多孔层组成,所述金属多孔材料的孔径随着材料厚度方向逐渐减小或逐渐增大,所述多孔层的底层为用作支撑体的大孔层,其孔径≥20μm,所述多孔层的表层为用作过滤精度控制层的细孔层,其孔径≤5μm;所述大孔层材料为复合金属丝网、金属纤维毡或粉末烧结金属多孔材料,所述细孔层材料为平均粉末粒度小于5μm的超细金属粉末或丝径小于4μm的超细金属纤维。
所述复合金属丝网、金属纤维毡或粉末烧结金属多孔材料为金属多孔管、金属多孔板或金属多孔片。
本发明的另一目的是提供一种梯度孔结构金属多孔材料的制备方法,用喷涂、浸渍或离心涂膜的方法在所述支撑体表面制作至少一层细孔层,其特征在于所述粉末烧结金属多孔材料的制备为:将100-200目的金属粉末经冷等静压方法成形制作成孔径≥20μm的金属多孔材料生坯,所述生坯在氢气气氛1350℃下烧结,得到烧结金属多孔材料。
本发明与现有技术相比具有以下优点:本发明梯度孔结构金属多孔材料与同级别传统的金属多孔材料相比,在最大气泡孔径相同的条件下,梯度孔结构金属多孔材料的透过率是传统金属多孔材料5-100倍,较好的解决了金属多孔材料孔径与相对透气系数之间的矛盾,其工艺简单。
下面通过附图和实施例,对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为现有金属多孔材料的微观组织图片。
图2为现有金属多孔材料的微观组织示意图。
图3为本发明两层梯度孔结构金属多孔材料的微观组织示意图。
图4为本发明三层梯度孔结构金属多孔材料的微观组织示意图。
图5为本发明若干层梯度孔结构金属多孔材料的微观组织示意图。
图6为本发明两层梯度结构金属多孔材料的微观照片。
图7为本发明多层梯度孔结构金属多孔材料的微观照片。
具体实施方式
金属多孔材料由金属相和孔隙组成(见图1),为了表述方便,且易于理解,将金属多孔材料金属固相抽象为球形,将孔结构抽象为球形物质之间的空隙(见图2)。将梯度金属多孔材料可分成若干不同孔径的多孔层(见图3、图4、图5),通过不同孔径多孔层的组合,实现增大金属多孔材料透过能力的目的。
实施例1
梯度多孔材料由两层结构组成(见图3),大孔层孔径20μm,细孔层孔径1μm。其制作过程是选用100-200目不锈钢粉末,经冷等静压方法成形制作成孔径是20μm,Φ50×500mm金属多孔管生坯,生坯在氢气气氛1350℃下烧结,得到烧结金属多孔材料作为支撑体,然后用喷涂或浸渍、或离心涂膜的方法在支撑体内壁或外壁制作一层细孔层,孔径为1μm,细孔层是由平均粉末粒度1μm粉末组成。其微观组织见图6,其透气系数见表1。
实施例2
梯度多孔材料由多层结构组成(见图5),大孔层孔径20μm,细孔层孔径1μm。其制作过程是选用100-200目不锈钢粉末,经冷等静压方法成形制作成孔径是20μm,Φ50×500mm金属多孔管生坯,生坯在氢气气氛1350℃下烧结,得到烧结金属多孔材料作为支撑体,然后用喷涂或浸渍、或离心涂膜的方法在支撑体内壁或外壁依次制作多层细孔层,孔径依次为10μm、5μm、1μm、0.5μm,细孔层依次是由平均粉末粒度10μm、5μm、1μm、0.5μm粉末组成。其微观组织见图7,性能见表1。
实施例3
梯度多孔材料由两层结构组成(见图3),大孔层孔径20μm,细孔层孔径1μm。其制作过程是选用孔径是20μm的五层复合丝网金属多孔材料(其微观组织见图6),其形状可以是管材、板材或片材等,然后用喷涂或浸渍、或离心涂膜的方法在五层复合丝网的外表面制作一层细孔层,孔径为1μm,细孔层是由平均粉末粒度1μm粉末组成。
表1 传统金属多孔材料与梯度金属多孔材料性能对比
 
类型 传统金属多孔材料 突变金属多孔材料 渐变梯度金属多孔材料
最大孔径μm 5 5 5
透气系数m3/h.m2.kpa 18 72 240
最大孔径μm 15 15 15
透气系数m3/h.m2.kpa 45 200 620
最大孔径μm 20 20 20
透气系数m3/h.m2.kpa 90 400 1500

Claims (3)

1.一种梯度孔结构金属多孔材料,其特征在于由至少两层不同孔径的多孔层组成,所述金属多孔材料的孔径随着材料厚度方向逐渐减小或逐渐增大,所述多孔层的底层为用作支撑体的大孔层,其孔径≥20μm,所述多孔层的表层为用作过滤精度控制层的细孔层,其孔径≤5μm;所述大孔层材料为复合金属丝网、金属纤维毡或粉末烧结金属多孔材料,所述细孔层材料为平均粉末粒度小于5μm的超细金属粉末或丝径小于4μm的超细金属纤维。
2.根据权利要求1所属的一种梯度孔结构金属多孔材料,其特征在于所述复合金属丝网、金属纤维毡或粉末烧结金属多孔材料为金属多孔管、金属多孔板或金属多孔片。
3.一种制备如权利要求1所述梯度孔结构金属多孔材料的方法,用喷涂、浸渍或离心涂膜的方法在所述支撑体表面制作至少一层细孔层,其特征在于所述粉末烧结金属多孔材料的制备为:将100-200目的金属粉末经冷等静压方法成形制作成孔径≥20μm的金属多孔材料生坯,所述生坯在氢气气氛1350℃下烧结,得到烧结金属多孔材料。
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