CN113355647B - 多孔金属及其制备方法和制造设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种多孔金属及其制备方法和制造设备。多孔金属制备方法包括：准备指定孔隙率的基材，基材移送至第一镀膜室，对基材进行一级真空镀膜，在基材的表面沉积多孔基层，形成第一过程产品；第一过程产品移送至第二镀膜室，对第一过程产品进行二级真空镀膜，在多孔基层表面沉积多孔加强层，烧除基材，形成第二过程产品；第二过程产品移送至第三镀膜室，对第二过程产品进行三级真空镀膜，在多孔加强层的表面沉积一层多孔覆盖层，形成多孔金属产品。上述多孔金属制备方法通过在多孔基材进行多次真空镀膜，并在真空镀膜过程中烧除基材，保证了成品孔隙率及孔径分布，降低了单位制作成本。

Description

多孔金属及其制备方法和制造设备
技术领域
本申请涉及多孔金属制造技术领域，尤其涉及一种多孔金属及其制备方法和制造设备。
背景技术
对多孔金属的研究起源于对轻质材料的需求，即在保持一定强度和刚度的前提下，通过引入大量孔洞来降低金属材料的密度，从而实现轻质高强的目标。金属铜兼具强度大、导电性好等诸多优点，被广泛用于多孔金属领域。目前市面上多孔铜片的制备路线主要为电沉积法、烧结法等技术方法，这些方法制作的多孔铜带成品中易残留NaCl、硫酸铜等杂质。该类方法制备的多孔铜带的孔隙率不高、且成品孔径分布及孔隙率也较难把控，电解液亦会对环境造成污染影响。
发明内容
鉴于上述状况，本申请提供一种多孔金属及其制备方法和制造设备，该多孔金属制备方法通过在多孔基材进行多次真空镀膜，并在真空镀膜过程中烧除基材，大大提高了多孔金属的成品率，保证了成品孔隙率及孔径分布，降低了单位制作成本。真空镀膜过程中不会产生有毒有害产物，有利于解决多孔金属制备过程中的环保问题。
本申请的实施例提供一种多孔金属制备方法，包括步骤：
准备指定孔隙率的基材，所述基材移送至第一镀膜室，所述第一镀膜室对所述基材进行一级真空镀膜，在所述基材的表面沉积多孔基层，形成第一过程产品；
所述第一过程产品移送至第二镀膜室，所述第二镀膜室对所述第一过程产品进行二级真空镀膜，在所述多孔基层表面沉积多孔加强层，烧除所述基材，所述多孔加强层包覆所述多孔基层，形成第二过程产品；
所述第二过程产品移送至第三镀膜室，所述第三镀膜室对所述第二过程产品进行三级真空镀膜，在所述多孔加强层的表面沉积一层多孔覆盖层，所述多孔覆盖层包覆所述多孔加强层，形成多孔金属产品。
在一些实施例中，所述一级真空镀膜的方式包括多弧离子真空镀膜，所述第一镀膜室的电源为恒流直流电源，所述第一镀膜室的工作电流为50-80A，所述一级真空镀膜的镀膜时间为5-20min。
在一些实施例中，所述二级真空镀膜的方式包括弧光放电真空镀膜，所述第二镀膜室的电源为恒流直流电源，所述第二镀膜室的工作电流为100～155A，所述二级真空镀膜的镀膜时间为10～35min。
在一些实施例中，所述第二镀膜室的工作温度为450～600℃。
在一些实施例中，所述三级真空镀膜的方式包括辉光放电真空镀膜，所述第三镀膜室的电源为恒压直流电源，所述第三镀膜室的工作电流为8～25A，所述三级真空镀膜的镀膜时间为15～30min。
在一些实施例中，所述三级真空镀膜过程中产生的金属颗粒直径小于所述二级真空镀膜过程中产生的金属颗粒直径。
在一些实施例中，所述多孔金属制备方法进一步包括步骤：对所述多孔金属产品进行时效热处理。
在一些实施例中，所述基材的孔隙率大于或等于94％。
本申请的实施例还提供一种多孔金属制造设备，上述实施例所述多孔金属制备方法应用于所述多孔金属制造设备中，所述多孔金属制造设备包括依次设置的装料室、转移室、第一镀膜室、第二镀膜室、第三镀膜室、存储室和出料架；所述装料室用于装载待使用的基材；所述转移室连接所述第一镀膜室，所述转移室用于暂存所述基材，和移送所述基材至所述第一镀膜室；所述第一镀膜室用于对所述基材进行一级镀膜，形成第一过程产品；所述第二镀膜室用于对所述第一过程产品进行二级镀膜，形成第二过程产品；所述第三镀膜室用于对所述第二过程产品进行三级镀膜，形成多孔金属产品；所述存储室用于对所述多孔金属产品进行热处理；所述出料室用于存储热处理完成后的多孔金属产品。
本申请的实施例还提供一种多孔金属，所述多孔金属由上述实施例所述的多孔金属制备方法制得。
本申请提供的多孔金属制备方法通过在多孔基材进行多次真空镀膜，并在真空镀膜过程中烧除基材，大大提高了多孔金属的成品率，保证了成品孔隙率及孔径分布，既降低了单位制作成本。真空镀膜过程中不会产生有毒有害产物，有利于解决多孔金属制备过程中的环保问题。
附图说明
图1为多孔金属制造设备在一实施例中的结构示意图。
图2为多孔金属制备方法在一实施例中的流程图。
主要元件符号说明：
Figure BDA0003103644530000031
Figure BDA0003103644530000041
具体实施方式：
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请提供一种多孔金属制备方法，包括：
准备指定孔隙率的基材，所述基材移送至第一镀膜室，所述第一镀膜室对所述基材进行一级真空镀膜，在所述基材的表面沉积多孔基层，形成第一过程产品；
所述第一过程产品移送至第二镀膜室，所述第二镀膜室对所述第一过程产品进行二级真空镀膜，在所述多孔基层表面沉积多孔加强层，烧除所述基材，形成第二过程产品；
所述第二过程产品移送至第三镀膜室，所述第三镀膜室对所述第二过程产品进行三级真空镀膜，在所述多孔加强层的表面沉积一层多孔覆盖层，形成多孔金属产品。
上述多孔金属制备方法通过在多孔基材进行多次真空镀膜，并在真空镀膜过程中烧除基材，大大提高了多孔金属的成品率，保证了成品孔隙率及孔径分布，既降低了单位制作成本。真空镀膜过程中不会产生有毒有害产物，有利于解决多孔金属制备过程中的环保问题。
本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
请参阅图1，在一实施方式中，多孔金属制造设备10包括依次设置的装料室1、转移室2、第一镀膜室3、第二镀膜室4、第三镀膜室5、存储室6和出料室7。所述装料室1用于装载待使用的基材。所述转移室2连接所述第一镀膜室3，所述转移室2用于暂存所述基材。基材移送至所述转移室2后，转移室2先封闭并抽真空，待真空度满足预设要求后，转移室2将基材移送至所述第一镀膜室3。所述第一镀膜室3用于对基材进行一级镀膜，形成第一过程产品。所述第二镀膜室4用于对第一过程产品进行二级镀膜，形成第二过程产品。所述第三镀膜室5用于对第二过程产品进行三级镀膜，形成多孔金属产品。所述存储室6用于对多孔金属产品进行热处理，改善多孔金属产品的力学性能。所述出料室7用于存储热处理完成后的多孔金属产品。
请参阅图1和图2，应用在所述多孔金属制造设备10中的多孔金属制备方法包括如下步骤：
步骤S1，准备指定孔隙率的基材，安装基材至装料架。
具体地，所述基材包括多孔结构，在本申请的实施例中，所述多孔结构的孔隙率大于或等于94％。在其他实施例中，所述基材的多孔结构中，孔隙率也可以为小于94％的任意指定值，满足实际设计需求即可。所述基材的材料包括但不限于泡棉等具有均匀孔隙结构的无毒、可高温分解的材料。待使用的基材先安装至装料室1的装料架8中备用。
步骤S2，基材移送至第一镀膜室，对所述基材进行一级真空镀膜，在所述基材的表面沉积多孔基层，形成第一过程产品。
具体地，装有基材的装料架8先移送至转移室2中，所述转移室2先封闭并抽真空，待真空度满足预设要求后，转移室2连通第一镀膜室3，转移室2将装有基材的装料架8移送至所述第一镀膜室3。在本申请的实施例中，转移室2连通第一镀膜室3时，所述转移室2的真空度小于或等于0.05pa，以减少基材转移过程中外部空气对真空镀膜质量的影响。
装有基材的装料架8移送至第一镀膜室3后，第一镀膜室3与转移室2之间的连接通道关闭。基材在第一镀膜室3内进行一级真空镀膜，在所述基材的表面沉积一多孔基层，形成第一过程产品。所述一级真空镀膜的方式包括但不限于多弧离子真空镀膜，通过低电压高电流的条件使金属靶材溅射出金属颗粒，溅射出的金属颗粒快速附着并沉积在基材表面，形成所述多孔基层。在本申请的实施例中，所述金属靶材的材料为普通型号铜或高纯铜，在其他实施例中，所述金属靶材的材料也可以选用其他金属材料，本申请不限定于此。
进一步地，在进行一级真空镀膜过程中，所述第一镀膜室3的弧电源为恒流直流电源，工作电流控制在50-80A，镀膜时间控制在5-20min，减少镀膜过程中产生的高热量过度烧蚀、破坏基材问题，保证多孔基层的孔隙均匀、成型结构完整。
步骤S3，第一过程产品移送至第二镀膜室，对所述第一过程产品进行二级真空镀膜，在所述多孔基层表面沉积多孔加强层，烧除基材，形成第二过程产品。
具体地，第二镀膜室4与第一镀膜室3之间的通道打开，第一过程产品随装料架8一起移动至第二镀膜室4，随后第二镀膜室4封闭。第一过程产品在第二镀膜室4内进行二级真空镀膜。所述二级真空镀膜的方式包括但不限于高电流弧光放电真空镀膜，使金属靶材在高电流弧光放电作用下产生的金属颗粒快速沉积至所述多孔基层，在所述多孔基层表面形成多孔加强层，所述多孔加强层完全包覆所述多孔基层。多孔基层与多孔加强层结合形成多孔金属的骨架结构，以保证产品结构的完整性。金属颗粒在沉积过程中释放出大量的热能，促使基材受热分解并快速挥发，直至基材全部烧除后，二级真空镀膜过程完成，形成第二过程产品。
进一步地，在进行二级真空镀膜过程中，所述第二镀膜室4的弧电源为恒流直流电源，工作电流控制在100～155A，第二镀膜室4的温度控制在450～600℃之间，镀膜时间控制在10～35min。所述金属靶材的材料为普通型号铜或高纯铜，在其他实施例中，所述金属靶材的材料也可以选用其他金属材料，本申请不限定于此。所述第二镀膜室4内还设有加热装置，用于辅助加热第二过程产品，以便去除第二过程产品中的残留基材。所述加热装置包括但不限于加热电阻丝。
步骤S4，第二过程产品移送至第三镀膜室，对第二过程产品进行三级真空镀膜，在多孔加强层的表面沉积一层多孔覆盖层，形成多孔金属产品。
具体地，第三镀膜室5与第二镀膜室4之间的通道打开，第二过程产品随装料架8一起移动至第三镀膜室5，随后第三镀膜室5封闭。第二过程产品在第三镀膜室5内进行三级真空镀膜。
三级真空镀膜的方式包括但不限于辉光放电真空镀膜，同时配合磁控溅射技术，使金属靶材在辉光放电作用下产生的金属颗粒沉积在多孔加强层的表面，在多孔加强层的表面形成一层多孔覆盖层，所述多孔覆盖层完全包覆所述多孔加强层，完成多孔金属产品的制备。所述金属靶材的材料为普通型号铜或高纯铜，在其他实施例中，所述金属靶材的材料也可以选用其他金属材料，本申请不限定于此。金属靶材在三级真空镀膜过程中产生的金属颗粒直径小于金属靶材在二级真空镀膜过程中产生的金属颗粒直径。
进一步地，在进行三级真空镀膜过程中第三镀膜室5的电源选用恒压直流电源，控制电流在8～25A，镀膜时间控制在15～30min，获得的多孔金属产品的厚度约0.8～2.5μm。
由于高电流弧光镀膜过程中产生的金属颗粒直径较大，经过二级真空镀膜获得的第二过程产品表面比较粗糙，第二过程产品在简单机械挤压后容易产生掉粉掉渣的问题。三级真空镀膜过程通过在多孔加强层表面沉积小直径的金属颗粒，使多孔加强层表面形成一层结构紧致、表面光滑的多孔覆盖层，从而有效改善第二过程产品的表面质量，有利于提升多孔金属产品的加工性能。
步骤S5，对多孔金属产品进行时效热处理。
具体地，第三镀膜室5与存储室6之间的通道打开，多孔金属产品随装料架8移送至存储室6，随后存储室6封闭。多孔金属产品从第三镀膜室5移送至存储室6时，多孔金属产品的温度为260～430℃。多孔金属产品移送至存储室6后，存储室6内抽真空的同时持续通入保护气体，避免经过三级真空镀膜后形成的多孔金属产品直接暴露在大气中。多孔金属产品在存储室6内进行自然时效热处理，改善多孔金属产品的力学性能，减少过大温差造成多孔金属产品性能干硬。所述保护气体包括但不限于氩气等惰性气体。
多孔金属产品在存储室6内经过热处理并降温至100℃以下时，多孔金属产品随装料架8移送至出料室7，完成多孔金属产品的全部制备过程。
在多孔金属制备方法的步骤中，物料从转移室2依次移动至第一镀膜室3、第二镀膜室4、第三镀膜室5和存储室6的过程均在真空环境下进行，真空度小于或等于0.05pa。
上述多孔金属制备方法及其制造设备，依靠多孔基材进行多次真空镀膜的方式，并在真空镀膜过程中烧除基材，可以使多孔金属的孔隙率达到94％以上，且孔径分布均匀。通过多次真空镀膜的方式成形多孔金属，还可以使多孔金属具有高纯净度的金属含量，例如铜含量可以大于或等于99.9％，且设备投资成本相对较小，降低生产成本。真空镀膜过程中不会产生有毒有害产物，有利于解决多孔金属制造过程中的环保问题。
本申请的实施例还提供一种多孔金属，所述多孔金属由上述实施例所述的多孔金属制备方法制得。
以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种多孔金属制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
准备指定孔隙率的基材，所述基材的材料包括无毒、可高温分解的泡棉材料，所述基材移送至第一镀膜室，所述第一镀膜室对所述基材进行一级真空镀膜，在所述基材的表面沉积多孔基层，形成第一过程产品；
所述第一过程产品移送至第二镀膜室，所述第二镀膜室对所述第一过程产品进行二级真空镀膜，在所述多孔基层表面沉积多孔加强层，烧除所述基材，所述多孔加强层包覆所述多孔基层，形成第二过程产品，所述二级真空镀膜的方式包括弧光放电真空镀膜，所述第二镀膜室的电源为恒流直流电源；
所述第二过程产品移送至第三镀膜室，所述第三镀膜室对所述第二过程产品进行三级真空镀膜，在所述多孔加强层的表面沉积一层多孔覆盖层，所述多孔覆盖层包覆所述多孔加强层，形成多孔金属产品；所述一级真空镀膜的方式包括多弧离子真空镀膜，所述第一镀膜室的电源为恒流直流电源，所述第一镀膜室的工作电流为50-80A，所述一级真空镀膜的镀膜时间为5-20min；所述第二镀膜室的工作电流为100～155A，所述二级真空镀膜的镀膜时间为10～35min；所述第二镀膜室的工作温度为450～600℃；所述三级真空镀膜的方式包括辉光放电真空镀膜，所述第三镀膜室的电源为恒压直流电源，所述第三镀膜室的工作电流为8～25A，所述三级真空镀膜的镀膜时间为15～30min。
2.如权利要求1所述的多孔金属制备方法，其特征在于，所述三级真空镀膜过程中产生的金属颗粒直径小于所述二级真空镀膜过程中产生的金属颗粒直径。
3.如权利要求1所述的多孔金属制备方法，其特征在于，所述多孔金属制备方法进一步包括步骤：
对所述多孔金属产品进行时效热处理。
4.如权利要求1所述的多孔金属制备方法，其特征在于，所述基材的孔隙率大于或等于94％。
5.一种多孔金属制造设备，其特征在于，权利要求1-4任一项所述多孔金属制备方法应用于所述多孔金属制造设备中，所述多孔金属制造设备包括依次设置的装料室、转移室、第一镀膜室、第二镀膜室、第三镀膜室、存储室和出料室；所述装料室用于装载待使用的基材；所述转移室连接所述第一镀膜室，所述转移室用于暂存所述基材，和移送所述基材至所述第一镀膜室；所述第一镀膜室用于对所述基材进行一级镀膜，形成第一过程产品；所述第二镀膜室用于对所述第一过程产品进行二级镀膜，形成第二过程产品；所述第三镀膜室用于对所述第二过程产品进行三级镀膜，形成多孔金属产品；所述存储室用于对所述多孔金属产品进行热处理；所述出料室用于存储热处理完成后的多孔金属产品。
6.一种多孔金属，其特征在于，所述多孔金属由权利要求1-4任一项所述的多孔金属制备方法制得。
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