CN111558712B - 一种空心金属材料的制备装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空心金属材料的制备装置，包括工作台和固定框架，固定框架由立柱和具有通孔、插销的第一横梁组成，固定框架的内腔中有磁力搅拌水浴锅和浆料容器，浆料容器中有浸渍篮，浸渍篮包括篮框、多孔底板和多孔盖板，篮框两侧连接有分别与第二横梁连接的第一提拉杆和第二提拉杆，多孔盖板上连接有第三提拉杆；同时本发明还公开了一种空心金属材料的制备方法，该方法将内支撑体进行预处理后在金属粉末浆料中浸渍，然后进行烧结，得到空心金属材料。本发明通过浸渍篮防止了内支撑体在浆料中出现漂浮的现象，避免了内支撑体出现的掉渣、滚落和二次污染的不足，实现了批量生产，制备的空心金属材料具有空隙率高、强度高和质量轻的特点。

Description

一种空心金属材料的制备装置及方法
技术领域
本发明属于金属材料制备技术领域，具体涉及一种空心金属材料的制备装置及方法。
背景技术
空心金属多孔复合材料是近年来发展起来的新型多孔材料，其具有质量轻、抗冲击防护性能好、能量吸收性能高等特点，在坦克装甲防爆和人体防护装备、交通运输抗撞击等领域中有很大的应用前景，目前制备空心状金属多孔复合材料多采用玻璃微球、球状氯化钠颗粒、聚氨酯泡沫、陶瓷等球状芯体，制作整体的三明治结构的空心金属多孔复合材料，得到的空心金属多孔复合材料内部结构空心状孔无法得到很好的分布控制，在制备过程中，有些内部填充物质无法脱除的支撑体材料，限定了该材料的应用领域；有些要求对内部填充物质进行脱除的，工艺复杂，如果脱除填充物过程中不彻底，会影响后期使用时的性能发挥，且在特殊环境中使用也有一定的安全隐患，且以上方法不能制备单独的空心金属材料。
在现有技术中，制作密度不大于1g/cm3的空心金属材料很难，只有3D打印技术是能够做到的，但是3D打印技术成本高，不适合批量生产，在现有技术中还有采用粉末冶金技术，在海绵上挂浆能够制作出密度低的空心金属材料，但是制备出的材料强度低，无法在实际中应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种空心金属材料的制备装置，该装置通过浸渍篮能够将内支撑体完全浸入到浆料中，实现了浸渍篮与内支撑体整体进行操作，避免出现内支撑体掉渣、滚落和二次污染的不足。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种空心金属材料的制备装置，其特征在于，包括工作台和设置在所述工作台上的固定框架，所述固定框架由两根对称设置在所述工作台两端的立柱和固定连接在两根立柱之间的第一横梁组成，所述固定框架的内腔中安放有磁力搅拌水浴锅，所述磁力搅拌水浴锅中设置有浆料容器，所述浆料容器中设置有浸渍篮，所述浸渍篮包括篮框和与所述篮框固定连接的多孔底板，所述篮框的外侧壁上对称设置有第一提拉杆和第二提拉杆，所述篮框上设置有多孔盖板，且多孔盖板与所述多孔底板的直径相等。
上述的一种空心金属材料的制备装置，其特征在于，所述第一横梁上开设有两个竖通孔，且两个竖通孔外侧的第一横梁的上表面上分别对应固定安装有第一插销和第二插销，所述第一提拉杆和所述第二提拉杆的侧壁上开设有多个均匀分布的平行盲孔，所述第一提拉杆和所述第二提拉杆分别穿过第一横梁上开设的两个竖通孔，并通过对应的第一插销和第二插销与盲孔配合固定在第一横梁上。
上述的一种空心金属材料的制备装置，其特征在于，所述第一提拉杆和所述第二提拉杆之间且位于所述第一横梁的下方固定连接有第二横梁，所述第二横梁上开设有竖通孔，且竖通孔外侧的第二横梁的上表面上对应固定安装有第三插销，所述多孔盖板上固定连接有第三提拉杆，所述第三提拉杆的侧壁上开设有多个均匀分布的平行盲孔，所述第三提拉杆穿过第二横梁上开设的竖通孔，并通过对应的第三插销与盲孔配合固定在第二横梁上。
另外，本发明还提供了一种具有空隙率高、强度高和质量轻的空心金属材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将预处理浆料加入到浆料容器中后进行搅拌处理，然后将内支撑体放入到浸渍篮中后进行浸渍和烘干，再在浸渍篮中得到浸渍有预处理浆料的内支撑体；
步骤二、将超细金属粉末配制得到金属粉末浆料；
步骤三、将步骤二中得到的金属粉末浆料加入到浆料容器中后进行加热搅拌处理，然后将步骤一中得到的浸渍有预处理浆料的内支撑体放入到浸渍篮中后进行浸渍和烘干，再在浸渍篮中得到空心金属材料坯体；
步骤四、将步骤三中得到的空心金属材料坯体置于真空烧结炉中进行烧结处理，得到空心金属材料；所述空心金属材料的密度为0.8g/cm3～1g/cm3。
上述的方法，其特征在于，步骤一中所述内支撑体为外径为0.5mm～10mm的塑料球，其中，塑料球的材质为：环氧树脂、聚苯乙烯或聚氨酯；所述预处理浆料由质量比为(17～23)：(77～83)的聚氯乙烯和水配制而成。本发明采用外径为0.5mm～10mm的塑料球作为内支撑体，得到的空心金属材料具有合适的大小，不仅能够单独使用，还能够按照一定排序制备成块体、板状材料，能够应用于减振、抗冲击、弹道防护等领域，避免了外径过大或过小导致的不利于空心金属材料的制备和应用的不足；本发明采用环氧树脂、聚苯乙烯或聚氨酯作为塑料球，具有价格较低，能够进行表面处理，质量轻和后期制作过程中能够通过高温烧结去除在金属内部形成空心的优点；本发明将内支撑体进行预处理，有利于提高内支撑体表面与金属粉末浆料的亲和力，避免了浸渍金属粉末浆料时产生的滑粉导致的后期空心金属材料壁厚不均的不足。
上述的方法，其特征在于，步骤二中所述超细金属粉末的粒度不大于-250目，其中，金属粉末的材质为钛、不锈钢、镍、铜或铝；所述配制处理的过程为：将质量比为1：(0.67～1.5)的超细金属粉末和聚氯乙烯浆料进行混合，其中，聚氯乙烯浆料由质量比为(17～23)：(77～83)的聚氯乙烯与水组成。本发明采用粒度不大于-250目的超细金属粉末，能够与聚氯乙烯浆料形成悬浊液状的金属粉末浆料，保证了金属粉末浆料能够附着在内支撑体的表面，避免了其他粒度的金属粉末在聚氯乙烯浆料中不能形成悬浊液，且质量较重不易于附着在内支撑体表面的不足；本发明采用钛、不锈钢、镍、铜或铝作为金属粉末的材质，具有廉价易得的优点，制备出的空心金属材料能够用于抗冲击，弹道防护和传热，采用钛和铝主要是由于其密度小，制备出的空心金属材料整体密度更小，适合在航天航空领域中使用，采用不锈钢和铜，其价格较低、可用于民用中的抗冲击和传热；本发明通过控制超细金属粉末和聚氯乙烯浆料的质量比，聚氯乙烯与水的质量比，能够使超细金属粉末在金属粉末浆料中均匀分布，提高了金属粉末浆料的均匀性，有利于金属粉末浆料粘附于内支撑体表面，提高了得到的空心金属材料的均匀性，避免了超细金属粉末过多导致的在搅拌过程中多余的超细金属粉末沉入装置底部的缺点，避免了超细金属粉末浆料过少导致的金属粉末浆料不足够浸渍在内支撑体上的不足。
上述的方法，其特征在于，步骤三中所述加热搅拌处理采用HJ-8集热式磁力搅拌器进行，所述加热搅拌处理的过程为：将盛放有金属粉末浆料的浆料容器处于温度为40℃的水浴中，在HJ-8集热式磁力搅拌器的电压为100V～150V的条件下进行搅拌处理。本发明将盛放有金属粉末浆料的浆料容器放置于温度为40℃的水浴中，具有加热均匀的优点，使浆料容器中的金属粉末浆料均匀分散，提高了得到的空心金属材料的均匀性；本发明通过控制磁力搅拌器的电压为100V～150V使浸渍过程中，金属粉末浆料一直处于低速搅拌状态，能够使金属粉末在金属粉末浆料里均匀分布，在内支撑体浸渍过程中不会因为浸入深度的不同，影响内支撑体表面浸渍的金属粉末的厚度，最终影响批量空心金属材料的壁厚值。
上述的方法，其特征在于，步骤三中所述浸渍和烘干重复进行10次～30次。本发明通过多次重复进行浸渍处理，能够增加得到的空心金属材料的壁厚，使得到的空心金属材料的表面更加均匀，无凹坑和明显凸起，避免了重复次数过少导致的无法制备具有一定厚度的空心金属材料，避免了重复次数过多导致的空心金属材料壁厚过厚不利于后续使用的缺点。
上述的方法，其特征在于，步骤四中所述烧结处理的过程为：将空心金属材料坯体加热至所用金属熔点的0.5～0.96倍后保温1h。本发明将空心金属材料坯体进行加热和保温，使空心金属材料坯体加热至所用金属的成形温度到接近熔合的温度之间，使空心金属材料坯体中的超细金属粉末之间发生冶金结合，使得到的空心金属材料整体具有一定力学性能，同时能够完全去除内支撑体，得到空心金属材料。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明提供的空心金属材料的制备装置，能够单独或批量制备空心金属材料，所用配件易于购买，安装过程易于操作，浸渍篮既可将内支撑体完全浸入到浆料中，防止了内支撑体在浸入浆料中漂浮现象出现，又能够使内支撑体脱离浆料时将多余的浆料排除，实现了表面均匀分布金属粉末浆料的空心金属材料坯体的制备，在多次浸渍过程中，浸渍篮能够随浸渍有金属粉末浆料的内支撑体整体操作，避免了内支撑体在重复进行浸渍过程中操作频繁而出现的掉渣、滚落和二次污染等现象。
2、本发明先将内支撑体先在聚氯乙烯浆料中进行预处理，有利于提高内支撑体表面与金属粉末浆料的亲和力，避免了浸渍金属粉末浆料时产生滑粉现象，避免了得到的空心金属材料壁厚不均的不足；本发明通过控制内支撑体的材质，金属粉末浆体的种类和浸渍次数，能够得到符合壁厚要求的空心金属材料，增大了本发明能够得到的空心金属材料的种类与壁厚范围，提高了本发明的适用性。
3、本发明制备的空心金属材料壁厚均匀，整体成形率高，具有空隙率高，强度高，完整性好，无需二次焊合工序和质量轻等特点，不仅能够单独使用制作尺寸较大的护面板和装备外壳体等，还能够与其他金属材料复合制作成三明治结构，制备的金属基复合三明治结构具有质量轻，整体孔结构分布均匀，耐压强度高，阻尼性能好和能量吸收率高等特点，是弹道防护材料的首选。
4、本发明的方法可适用于多种材质的空心金属材料的制备，使用范围广，应用价值高，适合大规模推广使用。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明空心金属材料的制备装置的结构示意图。
图2为图1中A处的局部放大图。
图3为图1中B处的局部放大图。
图4为图1中C处的局部放大图。
图5是本发明浸渍篮的结构示意图。
图6是本发明实施例2制备的空心316L不锈钢材料的形貌图。
图7是本发明实施例2制备的空心316L不锈钢材料进行开孔后的形貌图。
附图标记说明：
1—工作台； 2—立柱； 3—磁力搅拌水浴锅；
4—浆料容器； 5—浸渍篮； 5-1—多孔盖板；
5-2—篮框； 5-3—多孔底板； 5-4—第一提拉杆；
5-5—第二提拉杆； 5-6—第三插销； 5-7—第二横梁；
5-8—第三提拉杆； 6—金属粉末浆料； 7—磁子；
8—第一横梁； 9-1—第一插销 9-2—第二插销。
具体实施方式
本发明的一种空心金属材料的制备装置通过实施例1进行详细描述。
实施例1
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明空心金属材料的制备装置，包括工作台1和设置在所述工作台1上的固定框架，所述固定框架由两根对称设置在所述工作台1两端的立柱2和固定连接在两根立柱2之间的第一横梁8组成，所述固定框架的内腔中安放有磁力搅拌水浴锅3，所述磁力搅拌水浴锅3中设置有浆料容器4，所述浆料容器4中设置有浸渍篮5，所述浸渍篮5包括篮框5-2和与所述篮框5-2固定连接的多孔底板5-3，所述篮框5-2的外侧壁上对称设置有第一提拉杆5-4和第二提拉杆5-5，所述篮框5-2上设置有多孔盖板5-1，且多孔盖板5-1与所述多孔底板5-3的直径相等。
本实施例中，通过设置有固定框架、磁力搅拌水浴锅3、浆料容器4和浸渍篮5，实际使用时，首先，将浆料放入到搅拌加热装置中进行搅拌或搅拌加热，之后，将内支撑体放入到浸渍篮5中，然后，将内支撑体在浆料中进行浸渍处理并进行整体烘干，得到了表面均匀包覆有浆料的内支撑体，使浆料容器4中的浆料均匀分散，避免了内支撑体在浸渍过程中因为浸入深度的不同，影响内支撑体表面浸渍的浆料的厚度，最终影响空心金属材料的壁厚值，通过浆料容器4盛放浆料并将浸渍篮5伸入，能够实现在内支撑体表面均匀包覆浆料，具有便于操作的优点，同时防止了内支撑体在浸渍过程中内支撑体因密度小而漂浮的现象发生，有利于浆料均匀贴附在内支撑体表面，在所有操作过程均没有对带有浆料的内支撑体进行触碰，避免了重复操作造成的内支撑体掉渣，滚落和二次污染的不足，能够实现一次制备得到批量的空心金属材料。
本实施例中，浸渍篮5包括篮框5-2、多孔底板5-3、多孔盖板5-1、第一提拉杆5-4和第二提拉杆5-5，实际使用时，通过多孔底板5-3和多孔盖板5-1的多孔结构，保证了在浸渍过程中浸渍篮5内外的浆料溶液浓度一致，有利于浆料贴附在内支撑体表面，在需要进行烘干时，能够将内支撑体整体从浆料中提出，将多余的浆料滤除干净，能够使浸渍篮5与浸渍有浆料的内支撑体一起进行烘干，然后进行再次浸渍，避免了重复操作造成的内支撑体掉渣，滚落和二次污染的不足。
本实施例中，所述第一横梁8上开设有两个竖通孔，且两个竖通孔外侧的第一横梁8的上表面上分别对应固定安装有第一插销9-1和第二插销9-2，所述第一提拉杆5-4和所述第二提拉杆5-5的侧壁上开设有多个均匀分布的平行盲孔，所述第一提拉杆5-4和所述第二提拉杆5-5分别穿过第一横梁8上开设的两个竖通孔，并通过对应的第一插销9-1和第二插销9-2与盲孔配合固定在第一横梁8上。
本实施例中，通过在第一横梁8上开设有两个竖通孔，安装有第一插销9-1和第二插销9-2，通过在第一提拉杆5-4和第二提拉杆5-5的侧壁上开设有多个均匀分布的平行盲孔，实际使用时，保证了浸渍篮5与第一横梁8进行稳定的连接，在浸渍过程中既能够将浸渍篮5伸入到所述浆料容器4中，也能够将浸渍篮5从所述浆料容器4中提出并固定，实现了内支撑体既能够浸渍在浆料中，也能够从浆料脱离，同时也能实现将浸渍后的内支撑体与浸渍篮5整体取下，具有操作简便、连接稳定的优点，通过第一插销9-1和第二插销9-2能够实现对浸渍后的浸渍篮5进行固定，保证了多余的浆料能够重新回到浆料容器4中，避免了对浆料的浪费。
本实施例中，所述第一提拉杆5-4和所述第二提拉杆5-5之间且位于所述第一横梁8的下方固定连接有第二横梁5-7，所述第二横梁5-7上开设有竖通孔，且竖通孔外侧的第二横梁5-7的上表面上对应固定安装有第三插销5-6，所述多孔盖板5-1上固定连接有第三提拉杆5-8，所述第三提拉杆5-8的侧壁上开设有多个均匀分布的平行盲孔，所述第三提拉杆5-8穿过第二横梁5-7上开设的竖通孔，并通过对应的第三插销5-6与盲孔配合固定在第二横梁5-7上。
本实施例中，通过设置开设有竖通孔、安装有第三插销5-6的第二横梁5-7、与多孔底板5-3直径相等的多孔盖板5-1和侧壁上开设有多个均匀分布的平行盲孔的第三提拉杆5-8，实际使用时，通过多孔盖板5-1与多孔底板5-3的直径相等，使多孔盖板5-1、篮框5-2和多孔底板5-3围成一个能够盛放内支撑体的空腔，同时通过第二横梁5-7上的第三插销5-6对第三提拉杆5-8进行控制，实现了多孔盖板5-1的打开与关闭，避免了内支撑体从浸渍篮5中漏出，能够通过第二横梁5-7将浸渍篮5整体取下，具有操作方便的优点。
本实施例中所述浆料容器4内放有磁子7，实际使用时，磁力搅拌水浴锅3通过驱动磁子7进行旋转，实现了对浆料容器4中的浆料进行搅拌，具有搅拌稳定的优点。
本发明的一种空心金属材料的制备方法通过实施例2～实施例6进行详细描述。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将浸渍篮5升起并采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，将预处理浆料加入到浆料容器4中后进行搅拌处理，然后将多孔盖板5-1升起后将内支撑体放入到浸渍篮5中的多孔底板5-3上，并将多孔盖板5-1下降盖在篮框5-2上后采用第三插销5-6固定，打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5下降至内支撑体完全浸没在预处理浆料中进行浸渍，再将浸渍篮5升起至脱离预处理浆料后采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，待浸渍篮5中多余的预处理浆料完全排出后，打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5从第一横梁8上拆下，将浸渍篮5与浸渍有预处理浆料的内支撑体一同进行烘干，得到浸渍有预处理浆料的内支撑体；所述预处理浆料由质量比为17：83的聚氯乙烯与水组成；所述内支撑体为外径3mm～5mm的聚苯乙烯球；
步骤二、将超细金属粉末配制得到金属粉末浆料6；所述超细金属粉末为粒度-300目的超细316L不锈钢粉末；所述配制的过程为：将质量比为1：1的超细金属粉末和聚氯乙烯浆料进行混合，其中，聚氯乙烯浆料由质量比为17：83的聚氯乙烯与水组成；
步骤三、将浸渍篮5升起并采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，之后将金属粉末浆料6加入到浆料容器4中后进行加热搅拌处理，然后将多孔盖板5-1升起后将内支撑体放入到浸渍篮5中的多孔底板5-3上，并将多孔盖板5-1下降盖在篮框5-2上后采用第三插销5-6固定，再进行10次浸渍和烘干，在浸渍篮5中得到空心金属材料坯体；所述浸渍和烘干的过程为：打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5下降至内支撑体完全浸没在金属粉末浆料6中进行浸渍，再将浸渍篮5升起至脱离金属粉末浆料6后采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，待浸渍篮5中多余的金属粉末浆料6完全排出后，打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5从第一横梁8上拆下，将浸渍篮5与浸渍有金属粉末浆料6的内支撑体一同进行烘干；所述加热搅拌处理采用HJ-8集热式磁力搅拌器进行，所述加热搅拌处理的过程为：将盛放有金属粉末浆料6的浆料容器4处于温度为40℃的水浴中，在HJ-8集热式磁力搅拌器的电压为150V的条件下进行搅拌处理；
步骤四、将步骤三中得到的空心金属材料坯体置于真空烧结炉中，升温至1100℃后保温1h，得到空心316L不锈钢材料。
经检测，本实施例制备的空心316L不锈钢材料的密度为1g/cm3，空隙率为98.88％，可承受128N的外力。
图6是本实施例制备的空心316L不锈钢材料的形貌图，从图6中可以看出，本实施例制备的空心316L不锈钢材料样品尺寸均匀，球形率高。
图7是本实施例制备的空心316L不锈钢材料进行开孔后的形貌图，从图7中可以看出，本实施例制备的空心316L不锈钢材料样品在开孔后，内部具有空心结构。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将浸渍篮5升起并采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，将预处理浆料加入到浆料容器4中后进行搅拌处理，然后将多孔盖板5-1升起后将内支撑体放入到浸渍篮5中的多孔底板5-3上，并将多孔盖板5-1下降盖在篮框5-2上后采用第三插销5-6固定，打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5下降至内支撑体完全浸没在预处理浆料中进行浸渍，再将浸渍篮5升起至脱离预处理浆料后采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，待浸渍篮5中多余的预处理浆料完全排出后，打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5从第一横梁8上拆下，将浸渍篮5与浸渍有预处理浆料的内支撑体一同进行烘干，得到浸渍有预处理浆料的内支撑体；所述预处理浆料由质量比为20：80的聚氯乙烯与水组成；所述内支撑体为外径0.5mm～2mm的聚氨酯球；
步骤二、将超细金属粉末配制得到金属粉末浆料6；所述超细金属粉末为粒度-325目的超细钛粉末；所述配制的过程为：将质量比为1：1.5的超细金属粉末和聚氯乙烯浆料进行混合，其中，聚氯乙烯浆料由质量比为20：80的聚氯乙烯与水组成；
步骤三、将浸渍篮5升起并采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，之后将金属粉末浆料6加入到浆料容器4中后进行加热搅拌处理，然后将多孔盖板5-1升起后将内支撑体放入到浸渍篮5中的多孔底板5-3上，并将多孔盖板5-1下降盖在篮框5-2上后采用第三插销5-6固定，再进行20次浸渍和烘干，在浸渍篮5中得到空心金属材料坯体；所述浸渍和烘干的过程为：打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5下降至内支撑体完全浸没在金属粉末浆料6中进行浸渍，再将浸渍篮5升起至脱离金属粉末浆料6后采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，待浸渍篮5中多余的金属粉末浆料6完全排出后，打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5从第一横梁8上拆下，将浸渍篮5与浸渍有金属粉末浆料6的内支撑体一同进行烘干；所述加热搅拌处理采用HJ-8集热式磁力搅拌器进行，所述加热搅拌处理的过程为：将盛放有金属粉末浆料6的浆料容器4处于温度为40℃的水浴中，在HJ-8集热式磁力搅拌器的电压为130V的条件下进行搅拌处理；
步骤四、将步骤三中得到的空心金属材料坯体置于真空烧结炉中，升温至830℃后保温1h，得到空心钛材料。
经检测，本实施例制备的空心钛材料的密度为0.9g/cm3，空隙率为95.37％，可承受300N的外力。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将浸渍篮5升起并采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，将预处理浆料加入到浆料容器4中后进行搅拌处理，然后将多孔盖板5-1升起后将内支撑体放入到浸渍篮5中的多孔底板5-3上，并将多孔盖板5-1下降盖在篮框5-2上后采用第三插销5-6固定，打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5下降至内支撑体完全浸没在预处理浆料中进行浸渍，再将浸渍篮5升起至脱离预处理浆料后采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，待浸渍篮5中多余的预处理浆料完全排出后，打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5从第一横梁8上拆下，将浸渍篮5与浸渍有预处理浆料的内支撑体一同进行烘干，得到浸渍有预处理浆料的内支撑体；所述预处理浆料由质量比为23：77的聚氯乙烯与水组成；所述内支撑体为外径2mm～4mm的环氧树脂球；
步骤二、将超细金属粉末配制得到金属粉末浆料6；所述超细金属粉末为粒度-250目的超细镍粉末；所述配制的过程为：将质量比为1：0.67的超细金属粉末和聚氯乙烯浆料进行混合，其中，聚氯乙烯浆料由质量比为23：77的聚氯乙烯与水组成；
步骤三、将浸渍篮5升起并采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，之后将金属粉末浆料6加入到浆料容器4中后进行加热搅拌处理，然后将多孔盖板5-1升起后将内支撑体放入到浸渍篮5中的多孔底板5-3上，并将多孔盖板5-1下降盖在篮框5-2上后采用第三插销5-6固定，再进行20次浸渍和烘干，在浸渍篮5中得到空心金属材料坯体；所述浸渍和烘干的过程为：打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5下降至内支撑体完全浸没在金属粉末浆料6中进行浸渍，再将浸渍篮5升起至脱离金属粉末浆料6后采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，待浸渍篮5中多余的金属粉末浆料6完全排出后，打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5从第一横梁8上拆下，将浸渍篮5与浸渍有金属粉末浆料6的内支撑体一同进行烘干；所述加热搅拌处理采用HJ-8集热式磁力搅拌器进行，所述加热搅拌处理的过程为：将盛放有金属粉末浆料6的浆料容器4处于温度为40℃的水浴中，在HJ-8集热式磁力搅拌器的电压为100V的条件下进行搅拌处理；
步骤四、将步骤三中得到的空心金属材料坯体置于真空烧结炉中，升温至1200℃后保温1h，得到空心镍材料。
经检测，本实施例制备的空心镍材料的密度为0.8g/cm3，空隙率为97.52％，可承受200N的外力。
实施例5
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将浸渍篮5升起并采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，将预处理浆料加入到浆料容器4中后进行搅拌处理，然后将多孔盖板5-1升起后将内支撑体放入到浸渍篮5中的多孔底板5-3上，并将多孔盖板5-1下降盖在篮框5-2上后采用第三插销5-6固定，打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5下降至内支撑体完全浸没在预处理浆料中进行浸渍，再将浸渍篮5升起至脱离预处理浆料后采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，待浸渍篮5中多余的预处理浆料完全排出后，打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5从第一横梁8上拆下，将浸渍篮5与浸渍有预处理浆料的内支撑体一同进行烘干，得到浸渍有预处理浆料的内支撑体；所述预处理浆料由质量比为23：77的聚氯乙烯与水组成；所述内支撑体为外径5mm～8mm的环氧树脂球；
步骤二、将超细金属粉末配制得到金属粉末浆料6；所述超细金属粉末为粒度-250目的超细铜粉末；所述配制的过程为：将质量比为1：1.5的超细金属粉末和聚氯乙烯浆料进行混合，其中，聚氯乙烯浆料由质量比为23：77的聚氯乙烯与水组成；
步骤三、将浸渍篮5升起并采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，之后将金属粉末浆料6加入到浆料容器4中后进行加热搅拌处理，然后将多孔盖板5-1升起后将内支撑体放入到浸渍篮5中的多孔底板5-3上，并将多孔盖板5-1下降盖在篮框5-2上后采用第三插销5-6固定，再进行30次浸渍和烘干，在浸渍篮5中得到空心金属材料坯体；所述浸渍和烘干的过程为：打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5下降至内支撑体完全浸没在金属粉末浆料6中进行浸渍，再将浸渍篮5升起至脱离金属粉末浆料6后采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，待浸渍篮5中多余的金属粉末浆料6完全排出后，打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5从第一横梁8上拆下，将浸渍篮5与浸渍有金属粉末浆料6的内支撑体一同进行烘干；所述加热搅拌处理采用HJ-8集热式磁力搅拌器进行，所述加热搅拌处理的过程为：将盛放有金属粉末浆料6的浆料容器4处于温度为40℃的水浴中，在HJ-8集热式磁力搅拌器的电压为150V的条件下进行搅拌处理；
步骤四、将步骤三中得到的空心金属材料坯体置于真空烧结炉中，升温至1000℃后保温1h，得到空心铜材料。
经检测，本实施例制备的空心铜材料的密度为0.9g/cm3，空隙率为96.92％，可承受300N的外力。
实施例6
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将浸渍篮5升起并采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，将预处理浆料加入到浆料容器4中后进行搅拌处理，然后将多孔盖板5-1升起后将内支撑体放入到浸渍篮5中的多孔底板5-3上，并将多孔盖板5-1下降盖在篮框5-2上后采用第三插销5-6固定，打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5下降至内支撑体完全浸没在预处理浆料中进行浸渍，再将浸渍篮5升起至脱离预处理浆料后采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，待浸渍篮5中多余的预处理浆料完全排出后，打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5从第一横梁8上拆下，将浸渍篮5与浸渍有预处理浆料的内支撑体一同进行烘干，得到浸渍有预处理浆料的内支撑体；所述预处理浆料由质量比为23：77的聚氯乙烯与水组成；所述内支撑体为外径7mm～10mm的环氧树脂球；
步骤二、将超细金属粉末配制得到金属粉末浆料6；所述超细金属粉末为粒度-250目的超细铝粉末；所述配制的过程为：将质量比为1：1.5的超细金属粉末和聚氯乙烯浆料进行混合，其中，聚氯乙烯浆料由质量比为23：77的聚氯乙烯与水组成；
步骤三、将浸渍篮5升起并采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，之后将金属粉末浆料6加入到浆料容器4中后进行加热搅拌处理，然后将多孔盖板5-1升起后将内支撑体放入到浸渍篮5中的多孔底板5-3上，并将多孔盖板5-1下降盖在篮框5-2上后采用第三插销5-6固定，再进行30次浸渍和烘干，在浸渍篮5中得到空心金属材料坯体；所述浸渍和烘干的过程为：打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5下降至内支撑体完全浸没在金属粉末浆料6中进行浸渍，再将浸渍篮5升起至脱离金属粉末浆料6后采用第一插销9-1和第二插销9-2固定，待浸渍篮5中多余的金属粉末浆料6完全排出后，打开第一插销9-1和第二插销9-2将浸渍篮5从第一横梁8上拆下，将浸渍篮5与浸渍有金属粉末浆料6的内支撑体一同进行烘干；所述加热搅拌处理采用HJ-8集热式磁力搅拌器进行，所述加热搅拌处理的过程为：将盛放有金属粉末浆料6的浆料容器4处于温度为40℃的水浴中，在HJ-8集热式磁力搅拌器的电压为150V的条件下进行搅拌处理；
步骤四、将步骤三中得到的空心金属材料坯体置于真空烧结炉中，升温至634℃后保温1h，得到空心铝材料。
经检测，本实施例制备的空心铝材料的密度为0.9g/cm3，空隙率为95.24％，可承受300N的外力。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种空心金属材料的制备装置，其特征在于，包括工作台(1)和设置在所述工作台(1)上的固定框架，所述固定框架由两根对称设置在所述工作台(1)两端的立柱(2)和固定连接在两根立柱(2)之间的第一横梁(8)组成，所述固定框架的内腔中安放有磁力搅拌水浴锅(3)，所述磁力搅拌水浴锅(3)中设置有浆料容器(4)，所述浆料容器(4)中设置有浸渍篮(5)，所述浸渍篮(5)包括篮框(5-2)和与所述篮框(5-2)固定连接的多孔底板(5-3)，所述篮框(5-2)的外侧壁上对称设置有第一提拉杆(5-4)和第二提拉杆(5-5)，所述篮框(5-2)上设置有多孔盖板(5-1)，且多孔盖板(5-1)与所述多孔底板(5-3)的直径相等。
2.根据权利要求1所述的一种空心金属材料的制备装置，其特征在于，所述第一横梁(8)上开设有两个竖通孔，且两个竖通孔外侧的第一横梁(8)的上表面上分别对应固定安装有第一插销(9-1)和第二插销(9-2)，所述第一提拉杆(5-4)和所述第二提拉杆(5-5)的侧壁上开设有多个均匀分布的平行盲孔，所述第一提拉杆(5-4)和所述第二提拉杆(5-5)分别穿过第一横梁(8)上开设的两个竖通孔，并通过对应的第一插销(9-1)和第二插销(9-2)与盲孔配合固定在第一横梁(8)上。
3.根据权利要求1所述的一种空心金属材料的制备装置，其特征在于，所述第一提拉杆(5-4)和所述第二提拉杆(5-5)之间且位于所述第一横梁(8)的下方固定连接有第二横梁(5-7)，所述第二横梁(5-7)上开设有竖通孔，且竖通孔外侧的第二横梁(5-7)的上表面上对应固定安装有第三插销(5-6)，所述多孔盖板(5-1)上固定连接有第三提拉杆(5-8)，所述第三提拉杆(5-8)的侧壁上开设有多个均匀分布的平行盲孔，所述第三提拉杆(5-8)穿过第二横梁(5-7)上开设的竖通孔，并通过对应的第三插销(5-6)与盲孔配合固定在第二横梁(5-7)上。
4.一种利用权利要求1-3中任一权利要求所述的装置制备空心金属材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将预处理浆料加入到浆料容器(4)中后进行搅拌处理，然后将内支撑体放入到浸渍篮(5)中，之后将浸渍篮(5)下降至内支撑体完全浸没在预处理浆料中进行浸渍，再将浸渍篮(5)升起至脱离预处理浆料，待浸渍篮(5)中多余的预处理浆料完全排出后，将浸渍篮(5)与浸渍有预处理浆料的内支撑体一同进行烘干，在浸渍篮(5)中得到浸渍有预处理浆料的内支撑体；
步骤二、将超细金属粉末配制得到金属粉末浆料(6)；
步骤三、将金属粉末浆料(6)加入到浆料容器(4)中后进行加热搅拌处理，然后将步骤一中得到的浸渍有预处理浆料的内支撑体放入到浸渍篮(5)中，之后进行浸渍和烘干，在浸渍篮(5)中得到空心金属材料坯体；所述浸渍和烘干的过程为：将浸渍篮(5)下降至内支撑体完全浸没在金属粉末浆料(6)中进行浸渍，再将浸渍篮(5)升起至脱离金属粉末浆料(6)，待浸渍篮(5)中多余的金属粉末浆料(6)完全排出后，将浸渍篮(5)与浸渍有金属粉末浆料(6)的内支撑体一同进行烘干；
步骤四、将步骤三中得到的空心金属材料坯体置于真空烧结炉中进行烧结处理，得到空心金属材料；所述空心金属材料的密度为0.8g/cm3～1g/cm3。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤一中所述内支撑体为外径0.5mm～10mm的塑料球，所述塑料球的材质为环氧树脂、聚苯乙烯或聚氨酯；所述预处理浆料由质量比为(17～23)：(77～83)的聚氯乙烯和水配制而成。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤二中所述超细金属粉末的粒度不大于-250目，所述金属粉末的材质为钛、不锈钢、镍、铜或铝；所述配制的过程为：将质量比为1：(0.67～1.5)的超细金属粉末和聚氯乙烯浆料进行混合，其中，聚氯乙烯浆料由质量比为(17～23)：(77～83)的聚氯乙烯与水组成。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤三中所述加热搅拌处理采用HJ-8集热式磁力搅拌器进行，所述加热搅拌处理的过程为：将盛放有金属粉末浆料(6)的浆料容器(4)处于温度为40℃的水浴中，在HJ-8集热式磁力搅拌器的电压为100V～150V的条件下进行搅拌处理。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤三中所述浸渍和烘干重复进行10次～30次。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤四中所述烧结处理的过程为：将空心金属材料坯体加热至所用金属熔点的(0.5～0.96)倍后保温1h。
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