CN103866152A - 一种掺杂SrCO3的NbCr2金属间化合物多孔材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种掺杂SrCO3的NbCr2金属间化合物多孔材料，其特征是在原子百分比Cr:Nb=2:1的Cr粉和Nb粉中掺杂质量比0-5%的SrCO3，经球磨混合后烧结而成。它在900-1100℃具有良好的高温抗氧化性，且孔隙率达到30%—60%。

Description

一种掺杂SrCO3的NbCr2金属间化合物多孔材料
 
技术领域
本发明涉及一种金属间化合物高温多孔材料，尤其涉及一种掺杂SrCO3的NbCr2金属间化合物高温多孔材料。
背景技术
目前广泛用作高温过滤材料的多孔陶瓷材料因其固有的高脆性、低抗热振性，使其在使用过程中因热应力而导致损坏，给生产带来巨大隐患。多孔金属材料虽然具有较好的韧性，但其高温力学性能及高温抗氧化性能较差，也不能胜任高温烟气的净化工作。因此，开发用于高温烟气过滤的新型高性能多孔过滤材料具有十分重要的意义。
金属间化合物是介于陶瓷及金属之间的一种化合物，具有许多特殊的物理、化学和力学性能。合金元素Cr与难熔金属Nb形成的NbCr2合金就是一种金属间化合物，其不仅具有较高的熔点（1770℃）、适当的比重（7.7g/cm3），且在1200℃时的屈服强度仍高达600MPa，并在使用过程中其表面可形成一层致密的、保护性好的Cr2O3膜，大大提高其在大气环境中使用时的抗氧化及耐腐蚀性能。因此，NbCr2金属间化合物具有作为高温多孔材料使用的潜力。
目前，目前有关NbCr2金属间化合物多孔材料的制备很少有研究报道。如何选择合适的造孔剂使原位合成出的NbCr2金属间化合物具有透过性优异、孔洞均匀、三位立体交错孔隙，是其作为高温多孔过滤材料应用的关键技术问题，是促进该合金在汽车、轮船等高温烟气排气管上实用化进程的关键所在。
发明内容
本发明提供了一种掺杂SrCO3的NbCr2金属间化合物多孔材料，它具有在900-1100℃具有良好的高温抗氧化性，且孔隙率达到30%—60%。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种掺杂SrCO3的NbCr2金属间化合物多孔材料，其特征是在原子百分比Cr:Nb=2:1的Cr粉和Nb粉中掺杂质量比0-5%的SrCO3，经球磨混合后烧结而成。
所述掺杂SrCO3的NbCr2金属间化合物多孔材料的制备方法如下：
采用分段式机械球磨及真空烧结制备掺杂SrCO3的NbCr2金属间化合物：
（1）    将成分配比为原子百分比Cr:Nb=2:1的Cr粉和Nb粉与磨球一起装入球磨罐中并密封，经10-20h的球磨细化；
（2）    然后在球磨粉中加入质量比0-5%的SrCO3，密封，再球磨0-5h；
（3）    向充分混合的粉末中添加适量的粘结剂石蜡、PVA、硬脂酸钠中的一种，在台式粉末压片机上135-500MPa压力下压制成直径15mm、厚5mm的片状坯块，于100℃干燥2h；压坯采用分段式烧结工艺在真空烧结炉中烧结，升温速率为3-15℃/min，先升至200-500℃保温1-3小时，使粘结剂完全挥发；然后在800-1100℃保温1-2小时，使造孔剂SrCO3完全分解；然后在900-1600℃保温1-5小时，使Cr粉和Nb粉充分反应形成金属间化合物NbCr2。
本发明的有益效果是：(1) 本发明的Laves相NbCr2金属间化合物多孔材料的孔隙率达到30%—60%。(2) NbCr2金属间化合物多孔材料在1100℃共10小时氧化后，氧化增重0.15—5.90 mg/cm2，氧化膜有少量脱落；掺杂SrCO3的NbCr2金属间化合物多孔材料在1100℃共10小时氧化后，氧化增重0.10—4.00 mg/cm2，氧化膜基本没有脱落。这表明本发明所得掺杂SrCO3的NbCr2金属间化合物高温多孔材料具有良好的高温抗氧化性。
附图说明
图1为本发明所制备的掺杂SrCO3的NbCr2多孔材料的XRD图谱。
图2为本发明所制备的掺杂SrCO3的NbCr2多孔材料烧结后的SEM图。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合优选实施例详细阐明本发明。
实施例1
一种掺杂SrCO3的NbCr2金属间化合物多孔材料，按下述方法步骤制备而成：
（1）    将成分配比为原子百分比Cr:Nb=2:1的Cr粉和Nb粉与磨球一起装入球磨罐中并密封，经10h的球磨细化；
（2）    然后在球磨粉中加入质量比5%的SrCO3，密封，再球磨0-5h；
（3）    向充分混合的粉末中添加适量的硬脂酸钠，在台式粉末压片机上250MPa压力下压制成直径15mm、厚5mm的片状坯块，于100℃干燥2h；压坯采用分段式烧结工艺在真空烧结炉中烧结，升温速率为15℃/min，先升至300℃保温2小时，使硬脂酸钠完全挥发；然后在900℃保温2小时，使造孔剂SrCO3完全分解；然后在1300℃保温3小时，使Cr粉和Nb粉充分反应形成金属间化合物NbCr2。
实施例2
一种掺杂SrCO3的NbCr2金属间化合物多孔材料，按下述方法步骤制备而成：
（1）    将成分配比为原子百分比Cr:Nb=2:1的Cr粉和Nb粉与磨球一起装入球磨罐中并密封，经15h的球磨细化；
（2）    然后在球磨粉中加入质量比3%的SrCO3，密封，再球磨3h；
（3）    向充分混合的粉末中添加适量的硬脂酸钠，在台式粉末压片机上300MPa压力下压制成直径15mm、厚5mm的片状坯块，于100℃干燥2h；压坯采用分段式烧结工艺在真空烧结炉中烧结，升温速率为10℃/min，先升至400℃保温2小时，使硬脂酸钠完全挥发；然后在1000℃保温1小时，使造孔剂SrCO3完全分解；然后在1400℃保温3小时，使Cr粉和Nb粉充分反应形成掺杂质量比3%的SrCO3的金属间化合物NbCr2。
实施例3
一种掺杂SrCO3的NbCr2金属间化合物多孔材料，按下述方法步骤制备而成：
（1）    将成分配比为原子百分比Cr:Nb=2:1的Cr粉和Nb粉与磨球一起装入球磨罐中并密封，经20h的球磨细化；
（2）    然后在球磨粉中加入质量比1%的SrCO3，密封，再球磨1h；
（3）    向充分混合的粉末中添加适量的PVA，在台式粉末压片机上135MPa压力下压制成直径15mm、厚5mm的片状坯块，于100℃干燥2h；压坯采用分段式烧结工艺在真空烧结炉中烧结，升温速率为5℃/min，先升至200℃保温1小时，使PVA完全挥发；然后在1100℃保温2小时，使造孔剂SrCO3完全分解；然后在1600℃保温1小时，使Cr粉和Nb粉充分反应形成金属间化合物NbCr2。
实施例4
一种NbCr2金属间化合物多孔材料，按下述方法步骤制备而成：
（1）    将成分配比为原子百分比Cr:Nb=2:1的Cr粉和Nb粉与磨球一起装入球磨罐中并密封，经15h的球磨细化； 
（2）    向充分混合的粉末中添加少量石蜡，在台式粉末压片机上500MPa压力下压制成直径15mm、厚5mm的片状坯块，于100℃干燥2h；压坯采用分段式烧结工艺在真空烧结炉中烧结，升温速率为3℃/min，先升至500℃保温3小时，使石蜡完全挥发；然后在800℃保温1小时，使造孔剂SrCO3完全分解；然后在900℃保温5小时，使Cr粉和Nb粉充分反应形成金属间化合物NbCr2。
图1为本发明所制备的掺杂SrCO3的NbCr2多孔材料的XRD图谱，由图1可知，本发明的多孔材料为NbCr2结构，SrCO3掺杂在NbCr2的晶格间隙中。图2为本发明所制备的掺杂SrCO3的NbCr2多孔材料烧结后的SEM图，由图2可知，本发明所得材料是高孔隙率的多空结构，检测实施例1-4制备的金属间化合物NbCr2试样块，孔隙率分别为56.7%，50.2%，43.5%，33.8%。取5个实施例4所制备的NbCr2金属间化合物多孔材料在1100℃共10小时氧化后，氧化增重0.15—5.90 mg/cm2，氧化膜有少量脱落；取5个实施例2所制备掺杂SrCO3的NbCr2金属间化合物多孔材料在1100℃共10小时氧化后，氧化增重0.10—4.00 mg/cm2，氧化膜基本没有脱落。

Claims (2)

1.一种掺杂SrCO3的NbCr2金属间化合物多孔材料，其特征是在原子百分比Cr:Nb=2:1的Cr粉和Nb粉中掺杂质量比0-5%的SrCO3，经球磨混合后烧结而成。
2.根据权利要求1所述的一种掺杂SrCO3的NbCr2金属间化合物多孔材料，其特征是其制备方法如下：
（1）将成分配比为原子百分比Cr:Nb=2:1的Cr粉和Nb粉与磨球一起装入球磨罐中并密封，经10-20h的球磨细化；
（2）然后在球磨粉中加入质量比0-5%的SrCO3，密封，再球磨0-5h；
（3）向充分混合的粉末中添加适量的粘结剂石蜡、PVA、硬脂酸钠中的一种，在台式粉末压片机上135-500MPa压力下压制成直径15mm、厚5mm的片状坯块，于100℃干燥2h；压坯采用分段式烧结工艺在真空烧结炉中烧结，升温速率为3-15℃/min，先升至200-500℃保温1-3小时，使粘结剂完全挥发；然后在800-1100℃保温1-2小时，使造孔剂SrCO3完全分解；然后在900-1600℃保温1-5小时，使Cr粉和Nb粉充分反应形成金属间化合物NbCr2。
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