CN110976817A - 一种藕状多孔金属材料的制备装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种藕状多孔金属材料的制备装置及方法，属于材料制备技术领域。该装置包括石墨铸型、石墨棒和感应加热线圈，石墨铸型中心开设有柱形槽，石墨棒竖直固定设置在石墨铸型中心的柱形槽底部，感应加热线圈缠绕设置在石墨铸型的外壁且位于柱形槽外侧，感应加热线圈外接温度控制仪，温度控制仪的传感器设置在石墨铸型内壁石墨铸型中心。采用本发明的装置，仅仅需要将预制藕状多孔金属材料的金属粉末加入到石墨铸型中，通过温度控制仪控制感应加热线圈对石墨铸型内的金属粉末加热至熔融状态，冷却成型即得与铸锭轴向平行的圆柱形藕状多孔金属材料材料。本发明藕状多孔金属材料内部的气孔光滑且与铸锭轴向平行，气孔为通孔且分布均匀。
Description
技术领域
本发明涉及一种藕状多孔金属材料的制备装置及方法，属于材料制备技术领域。
背景技术
藕状多孔金属是一种新型结构功能材料，因其内部气孔特殊的结构——内部光滑其气孔与铸锭轴向平行，使其除具备传统多孔金属低密度、高强度比、大比表面积等优点外，还具有小的应力集中、独特的热学和声学性能。这使得藕状多孔金属在航空航天、汽车轮船、杂质过滤、导线方面有广阔的运用前景。然而，以往的藕状多孔金属采用金属氢共晶定向凝固的方法制备，这个过程往往是在高压气氛中进行，有时还需用到氢气，这个过程是十分危险，一旦出现闲险情，后果将及其严重并且制备过程非常缓慢，不利于大规模生产。
发明内容
针对现有技术中藕状多孔金属材料制备技术的不足，本发明提供藕状多孔金属材料的制备装置及方法，采用本发明藕状多孔金属材料的制备装置，仅仅需要将预制藕状多孔金属材料的金属粉末加入到石墨铸型中，通过温度控制仪控制感应加热线圈对石墨铸型内的金属粉末加热至熔融状态，冷却成型即得与铸锭轴向平行的圆柱形藕状多孔金属材料材料。本发明藕状多孔金属材料内部的气孔光滑且与铸锭轴向平行，气孔为通孔且分布均匀。
本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：
一种藕状多孔金属材料的制备装置，包括石墨铸型、石墨棒和感应加热线圈，石墨铸型中心开设有柱形槽，石墨棒竖直固定设置在石墨铸型中心的柱形槽底部，感应加热线圈缠绕设置在石墨铸型的外壁且位于柱形槽外侧，感应加热线圈外接温度控制仪，温度控制仪的传感器设置在石墨铸型内壁石墨铸型中心。
所述石墨铸型的底部均匀开设有石墨棒固定槽，石墨棒固定槽位于柱形槽的正下方，石墨棒的底端插设在石墨棒固定槽内。
进一步地，所述相邻石墨棒固定槽的中心间距为2.4~ 3.2cm。
进一步地，所述石墨棒包括插设部和造孔部，插设部的直径与石墨棒固定槽的直径相同，插设部的高度与石墨棒固定槽的高度相同，造孔部位于插设部的上方，不同石墨棒的造孔部直径相同或不相同，不同石墨棒的造孔部的高度相同。
所述感应加热线圈的加热功率为20~40 Kw。
藕状多孔金属材料的制备方法，采用藕状多孔金属材料的制备装置，具体步骤如下：
（1）根据预制藕状多孔金属材料的孔结构尺寸，将所需石墨棒的插设部插入到石墨铸型的石墨棒固定槽中；
（2）将预制藕状多孔金属材料的金属粉末加入到石墨铸型的柱形槽中，通过温度控制仪控制感应加热线圈对石墨铸型内的金属粉末加热至熔融状态，静置冷却成型即得与铸锭轴向平行的圆柱形藕状多孔金属材料材料。
本发明的有益效果：
（1）本发明藕状多孔金属材料的制备装置结构合理简单、使用方便、过程简单、安全，藕状多孔金属材料的制造成本低；
（2）本发明制成的藕状多孔金属材料，气孔定向排列且全为通孔、均匀分布、气孔直径大小相似、气孔内光滑；
（3）本发明制成的藕状多孔金属材料质量轻、比表面积大、不容易应力集中，具有独特的声学性能。
附图说明
图1为藕状多孔金属材料的制备装置结构示意图（正剖）；
图2为藕状多孔金属材料的制备装置结构示意图（俯视）；
图3为石墨铸型结构示意图；
图4为感应加热线圈布置示意图；
图5为石墨棒结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1~5所示，一种藕状多孔金属材料的制备装置，包括石墨铸型、石墨棒和感应加热线圈，石墨铸型中心开设有柱形槽，石墨棒竖直固定设置在石墨铸型中心的柱形槽底部，感应加热线圈缠绕设置在石墨铸型的外壁且位于柱形槽外侧，感应加热线圈外接温度控制仪，温度控制仪的传感器设置在石墨铸型内壁石墨铸型中心；
石墨铸型的底部均匀开设有石墨棒固定槽，石墨棒固定槽位于柱形槽的正下方，石墨棒的底端插设在石墨棒固定槽内；
相邻石墨棒固定槽的中心间距L为2.4~ 3.2cm；
石墨棒包括插设部和造孔部，插设部的直径与石墨棒固定槽的直径相同，插设部的高度与石墨棒固定槽的高度相同，造孔部位于插设部的上方，不同石墨棒的造孔部直径相同或不相同，不同石墨棒的造孔部的高度相同；
石墨铸型的直径为D cm，高度为H cm，石墨铸型中心的柱形槽直径为d cm, 高为h cm，铸型壁厚为(D-d)cm, 底部厚度为(H-h) cm；石墨棒插设部的直径为d1，石墨棒插设部直径d1与石墨棒固定槽的直径相同，石墨棒造孔部高为h1 cm，直径为d2，石墨棒造孔部高h1与石墨铸型中心的柱形槽高h相同或石墨棒造孔部高h1略低于石墨铸型中心的柱形槽高h，石墨棒插设部直径d1与石墨棒造孔部直径d2相同或不相同，石墨棒造孔部直径d2可根据实际要求进行设计；
感应加热线圈的加热功率为30 Kw。
实施例2：本实施例藕状多孔金属材料的制备装置与实施例1藕状多孔金属材料的制备装置的结构基本一致，不同之处在于：
相邻石墨棒固定槽的中心间距L为2.4 cm，石墨铸型的直径为14cm，高度为16cm，石墨铸型中心的柱形槽直径为12cm, 高为11cm，铸型壁厚为1cm, 底部厚度为5cm；石墨棒插设部的直径为1cm，石墨棒插设部的高度为4 cm，石墨棒插设部直径与石墨棒固定槽的直径相同，石墨棒插设部高度与石墨棒固定槽的高度相同，石墨棒造孔部高为11cm，直径为0.5cm；感应线圈加热功率为30 kW；
藕状多孔金属材料的制备方法，采用本实施例藕状多孔金属材料的制备装置，具体步骤如下：
（1）根据预制藕状多孔金属材料的孔结构尺寸，将所需石墨棒的插设部插入到石墨铸型的石墨棒固定槽中；
（2）将预制藕状多孔金属材料的金属粉末镁加入到石墨铸型的柱形槽中至距离柱形槽顶端 1 cm，通过温度控制仪控制感应加热线圈对石墨铸型内的金属粉末镁加热至熔融状态，静置冷却成型即得与铸锭轴向平行的圆柱形藕状多孔金属材料材料镁；
本实施例圆柱形藕状多孔金属材料材料镁的高度为11cm，气孔平均直径为0.5cm，气孔率为25.15%。
实施例3：本实施例藕状多孔金属材料的制备装置与实施例1藕状多孔金属材料的制备装置的结构基本一致，不同之处在于：
相邻石墨棒固定槽的中心间距L为2.8 cm，石墨铸型的直径为20cm，高度为20cm，石墨铸型中心的柱形槽直径为18cm, 高为15cm，铸型壁厚为1cm, 底部厚度为5cm；石墨棒插设部的直径为1cm，石墨棒插设部的高度为4 cm，石墨棒插设部直径与石墨棒固定槽的直径相同，石墨棒插设部高度与石墨棒固定槽的高度相同，石墨棒造孔部高为15cm，直径为0.8cm；感应线圈加热功率为30 kW；
藕状多孔金属材料的制备方法，采用本实施例藕状多孔金属材料的制备装置，具体步骤如下：
（1）根据预制藕状多孔金属材料的孔结构尺寸，将所需石墨棒的插设部插入到石墨铸型的石墨棒固定槽中；
（2）将预制藕状多孔金属材料的金属粉末镁加入到石墨铸型的柱形槽中至距离柱形槽顶端 1 cm，通过温度控制仪控制感应加热线圈对石墨铸型内的金属粉末镁加热至熔融状态，静置冷却成型即得与铸锭轴向平行的圆柱形藕状多孔金属材料材料镁；
本实施例圆柱形藕状多孔金属材料材料镁高度为14cm，气孔平均直径为0.8cm，气孔率为32.6%。
实施例4：本实施例藕状多孔金属材料的制备装置与实施例1藕状多孔金属材料的制备装置的结构基本一致，不同之处在于：
相邻石墨棒固定槽的中心间距L为 3.2 cm，石墨铸型的直径为20cm，高度为30cm，石墨铸型中心的柱形槽直径为18cm, 高为25cm，铸型壁厚为1cm, 底部厚度为5cm；石墨棒插设部的直径为1cm，石墨棒插设部的高度为4 cm，石墨棒插设部直径与石墨棒固定槽的直径相同，石墨棒插设部高度与石墨棒固定槽的高度相同，石墨棒造孔部高为25cm，直径为1.0cm；感应线圈加热功率为40 kW；
藕状多孔金属材料的制备方法，采用本实施例藕状多孔金属材料的制备装置，具体步骤如下：
（1）根据预制藕状多孔金属材料的孔结构尺寸，将所需石墨棒的插设部插入到石墨铸型的石墨棒固定槽中；
（2）将预制藕状多孔金属材料的金属粉末镁加入到石墨铸型的柱形槽中至距离柱形槽顶端 2 cm，通过温度控制仪控制感应加热线圈对石墨铸型内的金属粉末镁加热至熔融状态，静置冷却成型即得与铸锭轴向平行的圆柱形藕状多孔金属材料材料镁；
本实施例圆柱形藕状多孔金属材料材料的高度为23cm，平均直径为1cm，气孔率为35.85%。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种藕状多孔金属材料的制备装置，其特征在于：包括石墨铸型、石墨棒和感应加热线圈，石墨铸型中心开设有柱形槽，石墨棒竖直固定设置在石墨铸型中心的柱形槽底部，感应加热线圈缠绕设置在石墨铸型的外壁且位于柱形槽外侧，感应加热线圈外接温度控制仪，温度控制仪的传感器设置在石墨铸型内壁石墨铸型中心。
2.根据权利要求1所述藕状多孔金属材料的制备装置，其特征在于：石墨铸型的底部均匀开设有石墨棒固定槽，石墨棒固定槽位于柱形槽的正下方，石墨棒的底端插设在石墨棒固定槽内。
3.根据权利要求2所述藕状多孔金属材料的制备装置，其特征在于：相邻石墨棒固定槽的中心间距为2.4~ 3.4cm。
4.根据权利要求2所述藕状多孔金属材料的制备装置，其特征在于：石墨棒包括插设部和造孔部，插设部的直径与石墨棒固定槽的直径相同，插设部的高度与石墨棒固定槽的高度相同，造孔部位于插设部的上方，不同石墨棒的造孔部直径相同或不相同，不同石墨棒的造孔部的高度相同。
5.根据权利要求1所述藕状多孔金属材料的制备装置，其特征在于：感应加热线圈的加热功率为20~40 Kw。
6.藕状多孔金属材料的制备方法，其特征在于：采用藕状多孔金属材料的制备装置，具体步骤如下：
（1）根据预制藕状多孔金属材料的孔结构尺寸，将所需石墨棒的插设部插入到石墨铸型的石墨棒固定槽中；
（2）将预制藕状多孔金属材料的金属粉末加入到石墨铸型的柱形槽中，通过温度控制仪控制感应加热线圈对石墨铸型内的金属粉末加热至熔融状态，静置冷却成型即得与铸锭轴向平行的圆柱形藕状多孔金属材料材料。
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