CN107641728B - 一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，操作步骤如下所示：1）用氢氧化钙粉末、硅酸溶液混合，搅拌制备成酸钙前驱体溶液；2）将步骤1）制备的酸钙前驱体溶液与金属粉末混合，并搅拌成膏状；3）在抽真空状态下，将步骤2）的膏状物烧制成结，即可。先通过氢氧化钙粉末、硅酸溶液混合，搅拌制备成酸钙前驱体溶液，选择硅酸钙纤维前驱体进行共混，其目的在于氢氧化钙与硅酸在混合溶液中的分散性好于单一硅酸钙纤维；另外，生产成本更低。2、将酸钙前驱体溶液于金属粉在抽真空状态下成型，可实现在现有的金属粉在将酸钙前驱体溶液内的均匀混合。

Description

一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法
技术领域
本发明涉及泡沫材料技术领域，具体涉及一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法。
背景技术
多孔泡沫金属材料实际上是金属与气体的复合材料，正是由于这种特殊的结构，使之既有金属的特性又有气泡特性，如比重小、比表面大、能量吸收性好、导热率低 (闭孔体)、换热散热能力高(通孔体)、吸声性好 (通孔体)、渗透性优 (通孔体)、电磁波吸收性好(通孔体)、阻焰、耐热耐火、抗热震、气敏 (一些多孔金属对某些气体十分敏感) 、能再生、加工性好等。因此，作为一种新型功能材料，它在电子、通讯、化工、冶金、机械、建筑、交通运输业中，甚至在航空航天技术中有着广泛的用途。孔径大、孔隙率高、密度低是泡沫金属的三大结构特点。
目前泡沫铝广泛应用于军工、航天航空、机械、医学、建筑、能源、通信等行业，是随着人类科技逐步发展起来的一类新型材料常用于航空航天、石油化工等一系列工业。泡沫金属的制备有粉末冶金法和电镀法，前者通过向熔体金属添加发泡剂制得泡沫金属；后者通过电沉积工艺在聚氨酯泡沫塑料骨架上复制成泡沫金属。并且电镀法的成本较高，难以在实际的工业中被推广。
申请号为201210334053.8 ，发明名称为一种泡沫金属换热管，公开了一种泡沫金属换热管，基管内表面设置有第一泡沫金属层，第一泡沫金属层上设置有螺旋槽道；基管外表面设置有第二泡沫金属层，第二泡沫金属层上设置有螺旋槽道或直线槽道；基管分别与第一泡沫金属层、第二泡沫金属层过盈配合。第一泡沫金属层和第二泡沫金属层由泡沫铜、泡沫铝、泡沫铁或泡沫镍制成，其孔径为0.05~0.1mm。本发明将泡沫金属应用于换热管的内外表面，可以增大换热管内外表面的换热面积，进而提高换热管的换热效率。同时在第一泡沫金属层和第二泡沫金属层上做出螺旋槽道或直线槽道，可以起到引导流体流动方向的作用，对换热流体产生扰动作用，同时减小流动的阻力，增强换热效果。
申请号为201611245916.9，发明名称为一种用蒸发差异纯化纳米多孔金属的方法，公开了一种用蒸发差异来提纯纳米多孔金属的方法，利用纳米多孔金属和杂质元素的熔点不同，在未达纳米多孔金属熔点的温度下，利用高温蒸发除去杂质元素。本方法主要适用于常规熔点低于纳米多孔金属主材之常规熔点的杂质元素，而当杂质元素的常规熔点高于纳米多孔金属主材之常规熔点、并且杂质元素以小于50纳米的结构存在于纳米多孔金属中时，使用本方法依然可以对纳米多孔金属进行有效提纯。该方法简单、可重复性强、普适性高，为纯化纳米多孔金属提供了新的思路和策略。
申请号为201611065756.X，发明名称为梯度孔隙率多孔金属材料及其制备方法，公开了一种梯度孔隙率多孔金属材料及其制备方法，该梯度孔隙率多孔金属材料的开口孔隙率在5%～35%之间且沿着某个方向呈梯度变化，所述梯度孔隙率多孔金属材料呈梯度变化的方向尺寸为1～3cm，所述梯度变化至少有25层、至多有55层，所述梯度孔隙率多孔金属材料的孔径为5～50μm。该梯度孔隙率多孔金属材料的制备方法，包括准备金属粉体和非金属基板、采用低温超音速喷涂技术将金属粉体喷涂到非金属基板上以及将梯度孔隙率多孔金属材料与非金属基板分离。本发明的梯度孔隙率多孔金属材料可由20层以上逐渐递增或者递减的孔隙率沉积层沉积而成1～3cm的厚度，属于真正意义上的梯度孔隙率多孔金属材料。
然而，泡沫金属的一个最大特点就是强度不高，其抗拉强度是金属的 1/100，这大大限制了它的应用领域。目前普遍方法是利用碳纤维等进行增强，但是存在以下问题：（1）无机碳纤维与金属铝的相容性较差，导致分散不均，使得复合材料的力学性能下降；（2）若要改善分散性，可对碳纤维进行等离子改性，但是设备成本高昂。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，解决了现有技术当中泡沫金属成型结构强度不高，并且拉伸强度较低的技术问题。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，操作步骤如下所示：
1）用氢氧化钙粉末、硅酸溶液混合，搅拌制备成酸钙前驱体溶液；
2）将步骤1）制备的酸钙前驱体溶液与金属粉末混合，并搅拌成膏状；
3）在抽真空状态下，将步骤2）的膏状物烧制成结，即可。
本发明先通过氢氧化钙粉末、硅酸溶液混合，搅拌制备成酸钙前驱体溶液，选择硅酸钙纤维前驱体进行共混，其目的在于氢氧化钙与硅酸在混合溶液中的分散性好于单一硅酸钙纤维；另外，生产成本更低；另外，将酸钙前驱体溶液于金属粉在抽真空状态下成型，可实现在现有的金属粉在将酸钙前驱体溶液内的均匀混合。
进一步地，所述氢氧化钙粉末、硅酸溶液的重量比为1:6。
进一步地，所述步骤1）中存在搅拌的时间控制在1～2小时。
进一步地，所述步骤2）中金属粉末添加量为酸钙前驱体溶液质量的20%。
进一步地，所述步骤2）中金属粉末为铁粉、铝粉、铜粉、银粉、锌粉中的一种或多种混合。
进一步地，所述步骤3）中抽真空状态之前进行将膏状物进行挤压成型。
进一步地，所述步骤3）中抽真空的真空度为0.01MPa。
进一步地，所述步骤3）中烧制的温度控制在500～560℃。
进一步地，所述步骤3）烧制成结的产品进行削边处理。
本发明一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、先通过氢氧化钙粉末、硅酸溶液混合，搅拌制备成酸钙前驱体溶液，选择硅酸钙纤维前驱体进行共混，其目的在于氢氧化钙与硅酸在混合溶液中的分散性好于单一硅酸钙纤维；另外，生产成本更低。
2、将酸钙前驱体溶液于金属粉在抽真空状态下成型，可实现在现有的金属粉在将酸钙前驱体溶液内的均匀混合。
3、本发明用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属，其拉伸强度在1127～1365N/mm2，维氏硬度为310～370，力学性能优异。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，操作步骤如下所示：
1）用氢氧化钙粉末、硅酸溶液安装重量比为1:6混合，搅拌1小时，制备成酸钙前驱体溶液；
2）将步骤1）制备的酸钙前驱体溶液与金属粉末混合，并搅拌成膏状，将膏状物进行挤压成型；其中金属粉末添加量为酸钙前驱体溶液质量的20%；其中金属粉末为铁粉、铝粉、铜粉、银粉、锌粉的混合物；
3）在抽真空状态下，真空度为0.01MPa，将步骤2）的成型膏状物在560℃下烧制成结，进行削边处理，即可。
上述方法制备得到的泡沫金属，其拉伸强度为1365N/mm2，维氏硬度为360。
实施例2
一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，操作步骤如下所示：
1）用氢氧化钙粉末、硅酸溶液安装重量比为1:6混合，搅拌1小时，制备成酸钙前驱体溶液；
2）将步骤1）制备的酸钙前驱体溶液与金属粉末混合，并搅拌成膏状，将膏状物进行挤压成型；其中金属粉末添加量为酸钙前驱体溶液质量的20%；其中金属粉末为铁粉、铝粉、铜粉、银粉的混合物；
3）在抽真空状态下，真空度为0.01MPa，将步骤2）的成型膏状物在500℃下烧制成结，进行削边处理，即可。
上述方法制备得到的泡沫金属，其拉伸强度为1305N/mm2，维氏硬度为340。
实施例3
一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，操作步骤如下所示：
1）用氢氧化钙粉末、硅酸溶液安装重量比为1:6混合，搅拌1小时，制备成酸钙前驱体溶液；
2）将步骤1）制备的酸钙前驱体溶液与金属粉末混合，并搅拌成膏状，将膏状物进行挤压成型；其中金属粉末添加量为酸钙前驱体溶液质量的20%；其中金属粉末为铁粉、银粉、锌粉的混合物；
3）在抽真空状态下，真空度为0.01MPa，将步骤2）的成型膏状物在560℃下烧制成结，进行削边处理，即可。
上述方法制备得到的泡沫金属，其拉伸强度为1255N/mm2，维氏硬度为320。
实施例4
一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，操作步骤如下所示：
1）用氢氧化钙粉末、硅酸溶液安装重量比为1:6混合，搅拌2小时，制备成酸钙前驱体溶液；
2）将步骤1）制备的酸钙前驱体溶液与金属粉末混合，并搅拌成膏状，将膏状物进行挤压成型；其中金属粉末添加量为酸钙前驱体溶液质量的20%；其中金属粉末为铝粉、铜粉、锌粉的混合物；
3）在抽真空状态下，真空度为0.01MPa，将步骤2）的成型膏状物在520℃下烧制成结，进行削边处理，即可。
上述方法制备得到的泡沫金属，其拉伸强度为1180N/mm2，维氏硬度为320。
实施例5
一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，操作步骤如下所示：
1）用氢氧化钙粉末、硅酸溶液安装重量比为1:6混合，搅拌1.2小时，制备成酸钙前驱体溶液；
2）将步骤1）制备的酸钙前驱体溶液与金属粉末混合，并搅拌成膏状，将膏状物进行挤压成型；其中金属粉末添加量为酸钙前驱体溶液质量的20%；其中金属粉末为铜粉、银粉、锌粉的混合物；
3）在抽真空状态下，真空度为0.01MPa，将步骤2）的成型膏状物在560℃下烧制成结，进行削边处理，即可。
上述方法制备得到的泡沫金属，其拉伸强度为1300N/mm2，维氏硬度为350。
实施例6
一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，操作步骤如下所示：
1）用氢氧化钙粉末、硅酸溶液安装重量比为1:6混合，搅拌1.3小时，制备成酸钙前驱体溶液；
2）将步骤1）制备的酸钙前驱体溶液与金属粉末混合，并搅拌成膏状，将膏状物进行挤压成型；其中金属粉末添加量为酸钙前驱体溶液质量的20%；其中金属粉末为铜粉、锌粉的混合物；
3）在抽真空状态下，真空度为0.01MPa，将步骤2）的成型膏状物在525℃下烧制成结，进行削边处理，即可。
上述方法制备得到的泡沫金属，其拉伸强度为1290N/mm2，维氏硬度为320。
实施例7
一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，操作步骤如下所示：
1）用氢氧化钙粉末、硅酸溶液安装重量比为1:6混合，搅拌1.5小时，制备成酸钙前驱体溶液；
2）将步骤1）制备的酸钙前驱体溶液与金属粉末混合，并搅拌成膏状，将膏状物进行挤压成型；其中金属粉末添加量为酸钙前驱体溶液质量的20%；其中金属粉末为铁粉；
3）在抽真空状态下，真空度为0.01MPa，将步骤2）的成型膏状物在560℃下烧制成结，进行削边处理，即可。
上述方法制备得到的泡沫金属，其拉伸强度为1180N/mm2，维氏硬度为315。
实施例8
一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，操作步骤如下所示：
1）用氢氧化钙粉末、硅酸溶液安装重量比为1:6混合，搅拌1.6小时，制备成酸钙前驱体溶液；
2）将步骤1）制备的酸钙前驱体溶液与金属粉末混合，并搅拌成膏状，将膏状物进行挤压成型；其中金属粉末添加量为酸钙前驱体溶液质量的20%；其中金属粉末为铝粉、铜粉的混合物；
3）在抽真空状态下，真空度为0.01MPa，将步骤2）的成型膏状物在540℃下烧制成结，进行削边处理，即可。
上述方法制备得到的泡沫金属，其拉伸强度为1225N/mm2，维氏硬度为325。
实施例9
一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，操作步骤如下所示：
1）用氢氧化钙粉末、硅酸溶液安装重量比为1:6混合，搅拌1小时，制备成酸钙前驱体溶液；
2）将步骤1）制备的酸钙前驱体溶液与金属粉末混合，并搅拌成膏状，将膏状物进行挤压成型；其中金属粉末添加量为酸钙前驱体溶液质量的20%；其中金属粉末为锌粉；
3）在抽真空状态下，真空度为0.01MPa，将步骤2）的成型膏状物在550℃下烧制成结，进行削边处理，即可。
上述方法制备得到的泡沫金属，其拉伸强度为1155N/mm2，维氏硬度为310。
实施例10
一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，操作步骤如下所示：
1）用氢氧化钙粉末、硅酸溶液安装重量比为1:6混合，搅拌1.6小时，制备成酸钙前驱体溶液；
2）将步骤1）制备的酸钙前驱体溶液与金属粉末混合，并搅拌成膏状，将膏状物进行挤压成型；其中金属粉末添加量为酸钙前驱体溶液质量的20%；其中金属粉末为铜粉；
3）在抽真空状态下，真空度为0.01MPa，将步骤2）的成型膏状物在560℃下烧制成结，进行削边处理，即可。
上述方法制备得到的泡沫金属，其拉伸强度为1195N/mm2，维氏硬度为365。
对比例1
泡沫金属采用气相蒸发沉淀法制备泡沫金属，原料中金属粉的比例与实施例1相同。
上述方法制备得到的泡沫金属，其拉伸强度在870N/mm2，维氏硬度为230。
对比例2
泡沫金属采用电度法制备泡沫金属，原料中金属粉的比例与实施例1相同。
上述方法制备得到的泡沫金属，其拉伸强度在780N/mm2，维氏硬度为198。
综上所述，本发明一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、先通过氢氧化钙粉末、硅酸溶液混合，搅拌制备成酸钙前驱体溶液，选择硅酸钙纤维前驱体进行共混，其目的在于氢氧化钙与硅酸在混合溶液中的分散性好于单一硅酸钙纤维；另外，生产成本更低。
2、将酸钙前驱体溶液于金属粉在抽真空状态下成型，可实现在现有的金属粉在将酸钙前驱体溶液内的均匀混合。

Claims (3)

1.一种用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，其特征在于，操作步骤如下所示：
1）用氢氧化钙粉末、硅酸溶液混合，搅拌制备成酸钙前驱体溶液；所述氢氧化钙粉末、硅酸溶液的重量比为1:6；
2）将步骤1）制备的酸钙前驱体溶液与金属粉末混合，并搅拌成膏状；金属粉末添加量为酸钙前驱体溶液质量的20%；
3）抽真空状态之前将膏状物进行挤压成型，在抽真空状态下，抽真空的真空度为0.01MPa，将步骤2）的膏状物烧制成结，烧制的温度控制在500～560℃，烧制成结的产品进行削边处理，即可。
2.如权利要求1所述的用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，其特征在于，所述步骤1）中搅拌的时间控制在1～2小时。
3.如权利要求1所述的用硅酸钙纤维前驱体制备高强泡沫金属的方法，其特征在于，所述步骤2）中金属粉末为铁粉、铝粉、铜粉、银粉、锌粉中的一种或多种混合。
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