一种多孔金属及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种多孔金属及其制备方法。
【背景技术】
[0002]多孔金属材料，即金属内部弥散分布着大量的有方向性的或随机的孔洞，这些孔洞的直径一般为2μπι?3mm。由于对孔洞的设计要求以及对金属的性能影响不同，孔洞可以是泡沫型的、藕状型的或蜂窝型的等等。多孔金属材料还可以根据其孔洞的形态分为独立孔洞型和连续孔洞型两大类。其中，独立型的多孔金属材料具有比重小，刚性高、比强度高、吸振、吸音性能好等特点；连续型的多孔金属材料除了具有上述特点之外，还具有浸透性、透气性好的特点。
[0003]由于多孔金属材料的内部含有孔隙结构，多孔金属除了拥有金属材料本身优良的导热性、导电性、高韧性、易加工、耐腐蚀性等性能外，还具有优良的流体通过能力。由于具有上述结构特性，多孔金属材料在能源、环保、冶金机械、电力电子、生物制药以及航空航天等领域多孔金属都有广泛的应用。
[0004]目前，多孔金属主要是通过模压成型法、松装烧结法、等静压法、挤压法以及粉末冶金等方法制备。这些方法制备的多孔金属，内部含有许多无效孔，并且孔径的曲折因子大，流体通过的阻力大。
[0005]相转换法又称为沉浸凝胶相转化法或沉浸凝胶法、凝胶法或相转化法，即将高分子溶液浸入非溶剂浴中，高分子聚合物在界面快速析出，形成极薄的致密层，而在致密层的下面形成了多孔层。相转换法工艺简单，流程短，对设备要求不高，采用相转换法得到的结构具有贯通性好的指状孔，但同时存在相对致密的上表面皮肤层和下表面海绵层，增加了物质的传输阻力，不利于流体通过。
【发明内容】
[0006]本发明解决的技术问题在于提供一种贯通的开放直孔结构的多孔金属。
[0007]有鉴于此，本申请提供了一种多孔金属，具有贯通的开放直孔结构。
[0008]优选的，所述多孔金属的厚度为100?3000μπι。
[0009]优选的，所述开放直孔的孔径为20?200μπι。
[0010]本申请还提供了一种多孔金属的制备方法，包括以下步骤:
[0011]将粘结剂、分散剂、有机溶剂与金属氧化物粉体混合，得到金属氧化物浆料；
[0012]将牺牲材料粉体、分散剂、粘结剂与有机溶剂混合，得到牺牲材料浆料；
[0013]在底板上进行流延，使底板上依次设置有第一牺牲材料浆料层、金属氧化物浆料层与第二牺牲材料浆料层，得到湿坯，将所述湿坯进行絮凝处理；
[0014]将得到的湿坯进行焙烧后烧结，再依次进行还原和烧结，得到多孔金属。
[0015]优选的，在流延之前还包括:
[0016]将所述金属氧化物浆料与所述牺牲材料浆料进行真空除气。
[0017]优选的，得到金属氧化物浆料与牺牲材料浆料的过程中，所述粘结剂均为聚醚砜，所述分散剂均为聚乙烯吡啶烷酮，所述有机溶剂均为N-甲基-1-吡咯烷酮。
[0018]优选的，得到金属氧化物粉体楽料的过程中，所述粘结剂的含量为4wt%?10wt%，所述分散剂的含量为lwt%?2wt%，所述有机溶剂的含量为20wt%?38wt%，所述金属氧化物粉体的含量为50wt%?75wt% ；
[0019]得到牺牲材料楽料的过程中，所述粘结剂的含量为5wt%?12wt%，所述分散剂的含量为lwt%?2wt%，所述有机溶剂的含量为35wt%?50wt%，所述牺牲材料粉体的含量为30wt % ?60wt %。
[0020]优选的，所述牺牲材料粉体为石墨或淀粉;所述金属氧化物粉体为氧化镍、氧化铜或氧化银。
[0021]优选的，所述絮凝处理的絮凝剂为水和乙醇中的一种或两种。
[0022]优选的，所述还原在还原性气氛下进行，所述还原性气氛为氢气或氢气与氩气的混合气。
[0023]本申请提供了一种多孔金属的制备方法，包括以下步骤:首先制备金属氧化物浆料与牺牲材料浆料，然后在底板上进行多层流延，使底板上依次设置有第一牺牲材料浆料层、金属氧化物浆料层与第二牺牲材料浆料层，得到湿坯，再将湿坯进行絮凝处理进行相转化，使湿坯中的有机溶剂与絮凝剂进行交换，形成具有相对致密的底层、直孔结构的中间层和相对致密的上层;然后将絮凝后的湿坯进行焙烧，使湿坯中的底层与上层的牺牲材料在高温下排出，留下开放直孔的中间层，得到氧化物的多孔材料，最后进行还原、烧结，得到了多孔金属。本发明提出了一种采用相转化与多层流延相结合制备多孔金属的方法，利用牺牲层浆料去除相转换法得到的皮肤层和海绵层，经过还原烧结后得到开放直孔结构的多孔金属。
【附图说明】
[0024]图1为本发明制备多孔金属的工艺流程示意图；
[0025]图2为本发明制备多孔金属的结构示意图；
[0026]图3为本发明实施例1制备的多孔镍断面整体SEM照片；
[0027]图4为本发明实施例1制备的多孔镍除去海绵层一侧的SEM照片。
【具体实施方式】
[0028]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
[0029]本发明实施例公开了一种多孔金属，其具有贯通的开放直孔结构。
[0030]如图2所示，图2为本发明多孔金属的结构示意图，其中I为去除皮肤层的一层，2为去除海绵层的一侧。
[0031]本申请对所述多孔金属的金属材料没有特别的限制，为本领域技术人员熟知的金属材料即可，可以为纯金属材料也可以为合金材料，对此本申请没有特别的限制。作为优选方案，本申请所述多孔材料优选为纯金属材料，更优选为金属铜、金属镍或金属银。
[0032]本申请所述多孔金属的厚度优选为100?3000μπι，所述多孔金属的孔径为20?200μπι，孔隙率优选为40 %?60 %。
[0033]如图1所示，图1为本发明制备多孔金属的流程示意图。
[0034]本申请还提供了所述多孔金属的制备方法，包括以下步骤:
[0035]将粘结剂、分散剂、有机溶剂与金属氧化物粉体混合，得到金属氧化物浆料；
[0036]将牺牲材料粉体、分散剂、粘结剂与有机溶剂混合，得到牺牲材料浆料；
[0037]在底板上进行流延，使底板上依次设置有第一牺牲材料浆料层、金属氧化物浆料层与第二牺牲材料浆料层，得到湿坯，将所述湿坯进行絮凝处理；
[0038]将得到的湿坯进行焙烧后烧结，再依次进行还原和烧结，得到多孔金属。
[0039]本申请提供了一种采用改性后的相转化和多层流延相结合的技术制备多孔金属的方法，利用该种方法，可得到完全开放直孔结构的多孔金属，有利于物质的传输。
[0040]在制备多孔金属的过程中，本申请首先配制了金属氧化物浆料与牺牲材料浆料。其中，所述金属氧化物浆料是将粘结剂、分散剂、有机溶剂与金属氧化物粉体混合，得到金属氧化物浆料;具体的是将粘结剂与分散剂溶于有机溶剂中，再加入金属氧化物粉体，球磨后得到金属氧化物浆料。上述过程中所述球磨为本领域技术人员熟知的技术手段，本申请对此没有特别的限制。所述金属氧化物楽料中所述粘结剂的含量优选为4wt %?1wt %，在实施例中，所述粘结剂的含量更优选为4.5wt%?8wt% ;所述分散剂的含量优选为lwt%?2wt % ;所述有机溶剂的含量优选为20wt %?38wt %，在实施例中，所述有机溶剂的含量优选为25wt%?35wt% ;所述金属氧化物粉体的含量优选为50wt%?75wt%，在实施例中，所述金属氧化物粉体的含量更优选为55wt%?70wt%。
[0041 ]所述牺牲材料浆料是将粘结剂、分散剂、有机溶剂与牺牲材料粉体混合，得到牺牲材料浆料;具体的是将粘结剂与分散剂溶于有机溶剂中，再加入牺牲材料粉体，球磨后得到牺牲材料浆料。上述过程中所述球磨为本领域技术人员熟知的技术手段，本申请对此没有特别的限制。所述牺牲材料楽料中所述粘结剂的含量优选为5wt %?12wt %，在实施例中，所述粘结剂的含量更优选为6wt%?10wt% ;所述分散剂的含量优选为lwt%?2wt% ;所述有机溶剂的含量优选为35wt%?50wt%，在实施例中，所述有机溶剂的含量优选为38wt%?45wt% ;所述牺牲材料粉体的含量优选为30wt%?60wt%，在实施例中，所述牺牲材料粉体的含量更优选为35wt%?55wt%。在上述楽料中，金属氧化物粉体或者牺牲材料粉体的固含量会对浆料的粘度产生直接影响，而浆料的粘度会影响到孔的结构和分布，为了得到较好的直孔结构，因此对浆料的固含量(即金属氧化物粉体与牺牲材料粉体的含量)进行了限定。粘结剂主要是连接浆料中的粉体颗粒，增加浆料稳定性和可塑性，在之后的干燥工艺中，保持坯体形貌，避免开裂、粉化等现象。分散剂可使浆料中不同粉体均匀混合分布在浆料中，提高浆料均匀性。
[0042]本申请对所述粘结剂、分散剂与有机溶剂均没有特别的限制，为本领域技术人员熟知的材料，其来源本申请同样没有限制。作为优选方案，所述粘结剂优选为聚醚砜(PEsf )，所述分散剂优选为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，所述有机溶剂优选为N-甲基-1-吡咯烷酮(NMP)。本申请对所述牺牲材料与金属氧化物也没有特别的限制，为本领域技术人员熟知的材料即可。作为优选方案，所述牺牲材料粉体优选为淀粉或石墨，所述金属氧化物粉体为氧化铜、氧化镍或氧化银。上述材料的来源为市售产品或按照现有方法制备得到。
[0043]按照本发明，为了避免在后续加工过程中，上述金属氧化物浆料与牺牲材料浆料中的气泡等夹杂影响多孔金属的孔结构，本申请优选将得到的牺牲材料浆料与金属氧化物浆料进行真空脱气，所述真空脱气为本领域技术人员熟知的技术手段，此处不再进行详细说明，所述真空脱气的时间优选为20?40min。
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