CN102489707A - 一种不对称结构的烧结多孔材料制备方法 - Google Patents

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余培良
吴振芳
印红羽
尹凤霞
曹宇杰
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Abstract

本发明涉及一种不对称结构的烧结多孔材料制备方法，包括如下步骤：先由不同的金属或合金粉末构成多孔材料的内层和外层，然后经压制成型后，一次烧结制成多孔材料；内层和外层金属或合金粉末的烧结温度相近（烧结温度相差1~5℃），内层金属或合金粉末的粒径大于外层金属或合金粉末的粒径。本发明选用内外层原料不同，但烧结温度相近，内层为大孔径高透气性原料，外表层位小孔、高精度的原料，经压制成型后，一次烧结得到不对称结构烧结多孔材料，所制备的多孔材料的孔径为0.5~5微米；渗透性系数为1~3×10-11m2。

Description

一种不对称结构的烧结多孔材料制备方法
技术领域
本发明涉及一种不对称结构的烧结多孔材料制备方法，属于功能材料技术领域。
背景技术
烧结多孔材料是当前发展较快的一种功能材料，它具有渗透性好、孔径可调、耐腐蚀、耐高温、强度高等优点，可以制成过滤器、分离膜、消音器、催化剂载体、电池电极、阻燃防爆等材料，在原子能、石化、冶金、机械、医药、环保等行业已得到了广泛的应用。
烧结多孔材料一般是由球状或不规则形状的金属或合金粉末通过成形与烧结等工序制成。根据不同的原料粒度及工艺制度制成的这种多孔体具有各种不同的孔隙度，孔径与孔径分布，孔道纵横交错，通向各个方向。
现有烧结多孔材料的制造方法存在的问题：
长期以来，具有高过滤精度又具有高渗透性的多孔元件的制备一直困扰着金属材料生产者及广大的用户。传统的烧结多孔材料中：粉末烧结多孔材料可制成最高1微米左右的多孔过滤元件，但普通烧结多孔材料单独安装使用时，为保证制品强度的要求，壁厚必须达到2mm左右。然而这个厚度会产生很大的压力损失，从而增大了能耗及影响反冲效果。一定的壁厚可保证强度，但对于过滤时的阻止微粒穿过并不是绝对必要的。从流体中分离微粒一般只在过滤材料的表面进行。起阻拦微粒作用的厚度不超过1mm。因此当要求既具有高过滤精度（1微米以下）又具有高渗透性的条件时，这些结构的材料就显得力不从心。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内层为大孔径、高透气性，外表层为小孔、高精度的不对称结构烧结多孔材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种不对称结构的烧结多孔材料制备方法，包括如下步骤：先由不同的金属或合金粉末构成多孔材料的内层和外层，然后经压制成型后，一次烧结制成多孔材料；内层和外层金属或合金粉末的烧结温度相近，内层金属或合金粉末的粒径大于外层金属或合金粉末的粒径。
所选内层钛金属或钛合金粉末的熔点低，但粒径大；所述内层金属或合金粉末的粒径优选为58~280微米。外层金属或合金粉末的熔点高，但粒径小；所述外层金属或合金粉末的粒径优选为2~50微米。所述烧结温度相近是指烧结温度相差1~5℃。
优选的，所选内层金属或合金粉末为钛或钛合金粉末，外层金属或合金粉末可为镍粉、水雾化不锈钢粉末等。
所选内层钛金属或钛合金粉末的熔点低，但粒径大；外层金属或合金粉末可为熔点高的镍粉、水雾化不锈钢粉末等，但粒径小。因此使得内层和外层金属或合金粉末的烧结温度相近，因而合理的匹配了两者的烧结温度。
所述的压制成型可以采用模压成型片状材料的制备方法，具体步骤包括：
（1）先将内层金属或合金粉末装入模具中，装匀刮平，然后装入外层金属或合金粉末，并装匀刮平；
（2）压制成型。
所述的压制成型还可以采用等静压成型管状元件的制备方法，具体步骤包括：
（1）先将内层金属或合金粉末装匀装入模具中，经冷等静压压制成型；
（2）再在压坯外层均匀加入外层金属或合金粉末后，经冷等静压压制成型。
上述两种压制成型方式中，所述的压制成型的压力为100~150MPa，保压时间为0.5~2分钟。    
上述两种方式压制成型的坯料，均采用一次烧结制成最终的不对称结构的烧结多孔材料，所述的烧结是在内层或外层原料理论熔点的0.6~0.8倍的温度下，在真空度不低于1×10-3Pa下，烧结1~3小时。
优选的，所述外层是所述内层重量的1／4~1／5。
本发明选用内外层原料不同，但烧结温度相近（烧结温度相差1~5℃）。内层为大孔径高透气性原料，外表层位小孔、高精度的原料，内层和外层金属或合金粉末的烧结温度相近，因而合理的匹配了两者的烧结温度。经压制成型后，一次烧结制备不对称结构烧结多孔材料。所制得的多孔材料的孔径为0.5~5微米；渗透性系数为1~3×10-11m2。
与现有粉末烧结多孔材料制备技术相比本发明由于采用了不对称结构，使得所制备的烧结多孔材料既具有高过滤精度（1微米以下）又具有高渗透性，因而可以大大降低工业生产中的能耗。同时本发明的优点还包括由于采用了一次复合烧结技术，所以实施工艺简单，成本低。
下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
具体实施方式
实施例1
本实施例的不对称结构的烧结多孔材料制备方法，包括如下步骤：
1、将粒度为150~280微米钛粉原料装入模压模具之中，刮平装匀，构成内层；再装入粒度为50微米以下电解镍细粉末（重量是之前所装粉重的1／5），并刮平装匀，构成外层。
2、在120MPa压力下，保压30秒，压制成型。
3、在1050℃的温度下，在真空度不低于1×10-3Pa下，烧结2小时。
所制备得到的多孔体的孔径小于5微米；渗透性系数不小于7.2×10-11m2。
实施例2
本实施例的不对称结构的烧结多孔材料制备方法，包括如下步骤：
1、将粒度为58~100微米钛粉原料装入模压模具之中，刮平装匀，再装入平均粒度为2~3微米镍细粉末（重量是之前所装粉重的1／4），并刮平装匀。
2、在150MPa压力下，保持30秒，压制成型。
3、在900℃的温度下，在真空度不低于1×10-3Pa下，烧结1.5~2小时。
所制备得到的多孔体的孔径小于3微米；渗透性系数不小于3×10-11m2。
实施例3
本实施例的不对称结构的烧结多孔材料制备方法，包括如下步骤：
1、将粒度为150~280微米的钛粉原料装入模压模具之中，刮平装匀，再装入粒度为25微米以下的水雾化不锈钢细粉末（重量是之前所装粉重的1／4），并刮平装匀。
2、在150MPa压力下，保持30秒，压制成型。
3、在1050℃的温度下，在真空度不低于1×10-3Pa下，烧结1.5~2小时。
所制备得到的多孔体的孔径小于5微米；渗透性系数不小于7.2×10-11m2。
实施例4
本实施例的不对称结构的烧结多孔材料制备方法，包括如下步骤：
1、将粒度为150~280微米的钛粉原料装匀装入模具之中，构成内层，在150~200MPa压力下，保压2分钟，冷等静压压制成型。
2、再在压坯外层装入烧结温度与之前装入模具内相当的粒度为50微米以下的电解镍细粉末（重量是之前所装粉重的20%），构成外层，在100MPa压力下，保压1分钟，冷等静压压制成型。
3、在1050℃的温度下，在真空度不低于1×10-3Pa下，烧结2小时。
所制备得到的多孔体的孔径小于5微米；渗透性系数不小于7.2×10-11m2。
实施例5
本实施例的不对称结构的烧结多孔材料制备方法，包括如下步骤：
1、将粒度为58~106微米的钛粉原料装匀装入模具之中，构成内层，在150~200MPa压力下，保压2分钟，冷等静压压制成型。
2、再在压坯外层装入烧结温度与之前装入模具内相当的平均粒度为2~3微米镍细粉末（重量是之前所装粉重的20%），构成外层，在100MPa压力下，保压1分钟，冷等静压压制成型。
3、在900℃的温度下，在真空度不低于1×10-3Pa下，烧结1.5~2小时。
所制备得到的多孔体的孔径小于3微米；渗透性系数不小于3×10-11m2。
实施例6
本实施例的不对称结构的烧结多孔材料制备方法，包括如下步骤：
1、将粒度为150~280微米的钛粉原料装匀装入模具之中，构成内层，在150~200MPa压力下，保压2分钟，冷等静压压制成型。
2、再在压坯外层装入烧结温度与之前装入模具内相当的25微米以下的水雾化不锈钢细粉末（重量是之前所装粉重的20%），构成外层，在100MPa压力下，保压1分钟，冷等静压压制成型。
3、在1050℃的温度下，在真空度不低于1×10-3Pa下，烧结1.5~2小时。
所制备得到的多孔体的孔径小于5微米；渗透性系数不小于7.2×10-11m2。

Claims (9)

1.一种不对称结构的烧结多孔材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：先由不同的金属或合金粉末构成多孔材料的内层和外层，经压制成型后，一次烧结制成多孔材料；内层和外层金属或合金粉末的烧结温度相近，内层金属或合金粉末的粒径大于外层金属或合金粉末的粒径。
2.根据权利要求1所述的不对称结构的烧结多孔材料制备方法，其特征在于：所述的内层金属或合金粉末的粒径为58~280微米，所述的外层金属或合金粉末的粒径为2~50微米，所述烧结温度相近是指烧结温度相差1~5℃。
3.根据权利要求2所述的不对称结构的烧结多孔材料制备方法，其特征在于：所述的内层金属或合金粉末为钛或钛合金粉末，所述的外层金属或合金粉末可为镍粉或水雾化不锈钢粉末。
4.根据权利要求1所述的不对称结构的烧结多孔材料制备方法，其特征在于：所述的压制成型的具体步骤包括：（1）先将内层金属或合金粉末装入模具中，装匀刮平，然后装入外层金属或合金粉末，并装匀刮平；（2）然后压制成型。
5.根据权利要求1所述的不对称结构的烧结多孔材料制备方法，其特征在于：所述的压制成型的具体步骤包括：（1）先将内层金属或合金粉末装匀装入模具中，经冷等静压压制成型；（2）再在压坯外层均匀加入外层金属或合金粉末后，经冷等静压压制成型。
6.根据权利要求4或5所述的不对称结构的烧结多孔材料制备方法，其特征在于：所述的压制成型的压力为100~150MPa，时间为0.5~2分钟。
7.根据权利要求4或5所述的不对称结构的烧结多孔材料制备方法，其特征在于：所述外层金属或合金粉末是所述内层金属或合金粉末重量的1／4~1／5。
8.根据权利要求1所述的不对称结构的烧结多孔材料制备方法，其特征在于：所述的烧结是在原料理论熔点的0.6~0.8倍的温度下，在真空度不低于1×10-3Pa下，烧结1~3小时。
9.根据权利要求1所述的不对称结构的烧结多孔材料制备方法，其特征在于：所述的多孔材料的孔径为0.5~5微米；渗透性系数为1~3×10-11m2。
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