柔性多孔金属箔及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及烧结金属多孔材料及其制备，具体涉及一种柔性多孔金属箔及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 烧结金属多孔材料的主要用作过滤材料。具体应用中需将烧结金属多孔材料制成 一定形状和构造的过滤元件。现有的烧结金属多孔材料过滤元件基本上都为管型或板型结 构。它们的制备原理类似，即大致上为：先通过专门的成型模具将构成该金属多孔材料的原 料粉压制成管型或板型的压坯（一般采用等静压成型技术），然后再对压坯进行烧结，烧结 后得到产品。
[0003] 上述管型或板型的烧结金属多孔材料过滤元件由于受其形状、构造以及附带而来 的对过滤装置及系统的相应要求的影响，使用范围受限。但本申请的发明人却注意到，由于 烧结金属多孔材料过滤元件在化学侵蚀的抵抗性、材料不可逆污染抵抗性、机械强度等方 面上相比目前的过滤元件（例如有机过滤膜）具有更强的优势，因此，开发出在多个领域中 能够相应替代原有过滤元件的新型烧结金属多孔材料过滤元件很有意义。
[0004] 在上述背景基础上，申请人开创性提出开发一种柔性多孔金属箔。即，由金属多孔 材料所构成可比较自由的弯曲甚至可折迭的薄片。
[0005] 论文"Ti-Al金属间化合物多孔材料的研宄进展，江垚等，中国材料进展，第29卷， 第3期，2010年3月"的第2. 3中节描述了一种Ti-Al金属间化合物纸型膜的制备工艺。由 于上述纸型膜由Ti-Al金属间化合物构成，因此是一种刚性材料。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是分别提供两种柔性多孔金属箔以及该柔性多孔金 属箔的制备方法。本发明其次要提供可用于上述柔性多孔金属箔制备方法的制膜工装和膜 片烧结工装，使柔性多孔金属箔更容易制造，且产品质量也可得到更好的保证。
[0007] 当然，就上述制膜工装和膜片烧结工装而言，其所针对的"膜"并非只能是本发明 的柔性多孔金属箔制备方法中所得到的"膜"。比如，所述的膜片烧结工装就可以用来对背 景技术中提及的"纸型膜"进行烧结。
[0008] 本发明所要提供的第一种柔性多孔金属箔，是由固溶体合金、面心立方结构的金 属单质或体心立方结构的金属单质为基体相的金属多孔材料所构成的薄片，该薄片的厚度 为5?200 μ m、平均孔径为0. 05?100 μ m，孔隙率为15?70 %，且由一个均质的膜片烧结 而成。具体而言，该柔性多孔金属箔首先在材料成分上是由固溶体合金、面心立方结构的金 属单质或体心立方结构的金属单质为基体相的金属构成，从而保证该柔性多孔金属箔的柔 性以及通过本发明的下述相应制备方法能够被制备出。其次，构成该柔性多孔金属箔的金 属材料应当是多孔材料，其孔结构表征为平均孔径为0. 05?100 μ m，孔隙率为15?70%， 这样，柔性多孔金属箔可满足广泛的过滤分离要求。另外，柔性多孔金属箔（薄片）的厚度 为5?200 μ m，一般为10?60 μ m。更重要的是，该柔性多孔金属箔由一个均质的膜片烧 结而成。所谓"均质"表示膜片的成分大致上均匀，即本质上区别于在【背景技术】"Ti-Al金 属间化合物多孔材料的研宄进展"中提及的经过了覆膜处理后、反应合成前的铝箔。覆膜处 理后、反应合成前的铝箔可理解为一种非对称形态的薄片。而"非对称"的含义在烧结金属 多孔材料领域是通用的。本发明中的"均质"即是相对于"非对称"所提出区别概念。由于 本发明的柔性多孔金属箔由一个均质的膜片烧结而成，因此该箔片的孔径分布更均匀、箔 片平整度等更好。
[0009] 所述薄片可以由无限固溶体合金为基体相的金属多孔材料所构成。例如，所述薄 片由Ag-Au固溶体、Ti-Zr固溶体、Mg-Cd固溶体或Fe-Cr固溶体为基体相的金属多孔材料 所构成。又例如，所述薄片优选由Ni-Cu固溶体金属多孔材料所构成，这时可要求该多孔材 料的众多孔隙中有75%以上孔径差在小于70 μ m的范围内。另外，Ni-Cu固溶体金属多孔 材料在柔性（可多次折迭）和化学稳定性等方面都比较理想，且在烧结形成的多孔材料的 渗透性上也十分优异，因此应用范围相对比较广泛。
[0010] 所述薄片还可以由有限固溶体合金为基体相的金属多孔材料所构成。例如，所述 薄片由Cu-Al固溶体、Cu-Zn固溶体、Fe-C-Cr固溶体为基体相的金属多孔材料所构成。所 述薄片也可以由面心立方结构的Al、Ni、Cu或Pb为基体相的金属多孔材料所构成。所述薄 片还可以由体心立方结构的Cr、W、V或Mo为基体相的金属多孔材料所构成。
[0011] 本发明的上述柔性多孔金属箔具有广阔的应用空间，例如：在工业上，可用于纺 织和制革工业中的余热回收、药剂回收、污染控制，食品加工工业中的净化、浓缩、消毒、副 产品回收，医药及保健行业中的人造气管、控制释放、血液过滤、水净化，汽车工业中的滤清 器；在民用上可作为口罩的粉尘过滤材料以及带静电除尘功能的窗帘材料。
[0012] 本发明上述柔性多孔金属箔的制备方法的步骤包括：（1)将构成其金属多孔材料 的原料粉用分散剂和粘结剂配置成粘稠状的悬浊液；（2)将所述悬浊液注入制膜工装的成 型模腔内并使之烘干形成一均质的膜片；（3)将所述膜片装入与该膜片外形吻合的烧结工 装内然后进行约束烧结，烧结后从烧结工装内取出并得到柔性多孔金属箔。
[0013] 上述方法中，如柔性多孔金属箔由Ni-Cu固溶体的金属多孔材料构成，为了制备 高性能的Ni-Cu柔性多孔金属箔，则，步骤（1)中，先将Ni粉和Cu粉均匀混合形成原料粉， 其中Cu粉质量为原料粉质量的30?60%，然后以乙醇为分散剂、以PVB为粘结剂，按PVB 与乙醇的质量比为（0. 5?5) : 100的比例将PVB加入乙醇中制成PVB溶液，此后再按每 IOOml乙醇中加入原料粉20?50g的比例将原料粉加入PVB溶液中，通过搅拌使原料粉充 分分散均匀，得到粘稠状的悬浊液；步骤（3)中，烧结工艺包括将烧结温度逐渐升至520? 580°C并保温60?ISOmin的第一烧结阶段以及在第一阶段后以彡5°C /min的升温速率直 接升温至1130?1180°C并保温120?300min的第二烧结阶段。
[0014] 可用于上述方法的制膜工装，包括：固定部，所述固定部包括用于成型膜片边缘的 模框；调节部，所述调节部包括与模框配合用于成型膜片底面的模板，所述模板连接有可使 该模板在模框的深度方向上移动的调节装置；活动部，所述活动部包括位于模框顶面并且 在工作过程中刃口与模框顶面保持齐平的刮刀。该制膜工装能够比较准确的控制膜片的厚 度，并且保证膜片厚度的均匀性以及膜片表面的平整度。
[0015] 作为所述调节装置的一种【具体实施方式】，调节装置包括与模框相对固定并分别与 模板底面四角连接且独立工作的高度调节机构。这样可分别对模板的四角高度进行调节， 保证模板整体与模框顶面的平行度，膜片的厚度均匀更高。
[0016] 另外，所述模框的成型面以及模板的成型面上还进一步的设有在580°C下可挥发 的润滑剂涂层。其中，润滑剂涂层可具体采用凡士林涂层。这样，就能够保证成型的膜片顺 利从制膜工装上取出，防止粘模，同时由于润滑剂涂层的可挥发性，对后续制备的柔性多孔 金属箔的成分不造成影响，且反而有利于提高柔性多孔金属箔的孔隙率。
[0017] 可用于上述方法的膜片烧结工装，包括由耐高温材料制成的上模、下模以及边模， 所述上模、下模分别与边模配合从而形成用于与内部的膜片相吻合的模腔；所述模腔连接 有用于散发烧结挥发物的排气结构，所述排气结构为在上模