专利名称：开孔金属泡沫体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及开孔金属泡沫体及其制备方法。本发明所述开孔金属泡沫体可以有利地用于导致多种常规材料严重腐蚀、使得适当部件的使用寿命缩短的环境条件。
因此，已知在上述领域条件下，镍-铜合金可以获得高耐蚀性，因而整个部件使用该合金制成。
但是，经常需要这类部件具有低重量、而同时具有极高的比表面以及大体积。热交换器就有这类需要，例如要安装在化工厂中的热交换器，海水淡化设备、不同的过滤器和催化用途也有所述需要。
因此，本发明的一个目的是提供低重量、同时具有高比表面、并且在化学侵蚀环境具有高耐蚀性的部件。
根据本发明，这一目的通过权利要求1所限定的开孔金属泡沫体而实现。该金属泡沫体可以通过权利要求5所述的方法制备。
本发明的优选实施方案和改进可以通过从属权利要求中的特征而实现。
本发明所述开孔金属泡沫体由一种镍-铜合金制成，该合金含有至少40wt％、优选至少60wt％的镍，所述泡沫体的孔隙率为至少90％。
除镍和铜之外，还可以含有最高6wt％的其它合金元素以及杂质。适宜的合金元素为例如锰、铁、碳、硅、铝和钛。
由于本发明所述开孔金属泡沫体具有较高的孔隙率、同时具有低重量和极大的比表面，因此其可用于多种用途，在所述用途中，该泡沫体在最高高于500℃的高温下具有良好的机械性能和足够高的强度。
所述泡沫体耐酸、盐和盐溶液，因而它们也可以在这类环境下使用并保持高使用寿命。除了上述腐蚀性物质，还应强调其对氟、氟化氢化合物、甚至氢氟酸的耐蚀性。
在制备过程中，使用的半成品为纯镍制成的开孔金属泡沫体，可由市场购得，具有上述90％或以上的最小孔隙率。
在这种情况下，所述开孔金属泡沫体的镍泡沫结构的表面上涂覆有纯铜和/或氧化铜粉末。
随后应进行涂覆，使得开孔内和网格内的镍泡沫结构的表面被覆盖。
用该粉末或粉末混合物进行涂覆后，在高于700℃的温度进行热处理，以实现镍和铜的合金化。
通过调整粉末的用量，可以在很宽的范围内控制最终所得合金的组成。
额外使用有机粘结剂可以影响所述粉末的涂覆，使得粉末微粒均匀地附着在该表面上。
使用近似液态的这类有机粘结剂是有利的，优选为水溶液状态，使得可以一次与所用的基粉形成乳浊液或悬浮液。
涂覆所述镍泡沫体的镍泡沫结构的表面可以相对简单地通过下述方式实现将金属泡沫体分别浸入无粉末的纯粘结剂、乳浊液/悬浮液中。浸没后，通过优选在吸收垫上进行的压制操作，可以获得更为均匀的分布，并可根据情况去除多余的粘结剂，以及分别去除含有各自粉末的乳浊液/悬浮液。
浸没和压制后，制成的金属泡沫体可以通过振动装置进行振动，其目的也是促进涂层均匀。在这种情况下，该粉末可以随后沉积。该粉末分布在被该粘结剂润湿的移动的表面上，随后附着在该表面。
如此制成的金属泡沫体仍为开孔泡沫体。
对该泡沫体进行热处理，优选在惰性气体氛围中进行，特别优选在氢气氛围中进行。
同时，从约300℃直至600℃范围的第一阶段中，除去有机成分，进行所谓的脱除。
随着温度从700℃进一步升高，可以实现金属镍和铜的合金化，其中所述铜在上述条件下根据情况也从氧化铜被还原，可以毫无问题地扩散至镍中，从而以这种方式实现合金化。
其结果是，所得金属泡沫体的强度与纯镍制成的金属泡沫体相比仍然有所提高。
以起始条件或详细说来使用相同的粉末和纯镍制金属泡沫体，具体而言可以计算出热处理过程中各温度的特定变化和影响控制对最终制成的本发明所述开孔金属泡沫体的各自孔隙率和各自比表面的计算影响。
因此，例如在700℃-900℃进行热处理的过程中，与纯镍制金属泡沫体的孔隙率相比，本发明所述泡沫体的孔隙率降低不明显，而热处理后该开孔金属泡沫体的比表面则同时提高。
相反，在优选1100℃-1300℃的较高温度进行的热处理过程中，所述镍泡沫结构的初始孔隙率至少近似地保持不变，由于该泡沫结构可获得的网格和孔隙内壁具有极光滑表面，因此与原来使用的纯镍制金属泡沫体相比其比表面仍然几乎保持恒定。
另一方面，如果要制备本发明所述的起催化作用的金属泡沫体，可以向用于涂覆镍泡沫结构的初始粉末中加入粉状催化活性物质，该粉状物质不会在随后进行的热处理中成为该合金的一部分。第二种可能是，在热处理后，以类似的方式在镍-铜合金制成的金属泡沫体的表面上沉积一层前述涂层，随后进行特定的热处理，该热处理专用于各自的催化活性物质，使其或多或少地烧结在泡沫体上。
但是，特别是对于金属催化活性物质而言，热处理之后也可以在其它已制成的本发明所述金属泡沫体上实施电镀。
下文中将根据具体实施方案更详细地解释本发明。
实施方案1使用20g平均粒径为20μm的溅射(spattered)状态的粉末作为起始粉末。
将纯镍制开孔金属泡沫体浸入50毫升1％的作为有机粘结剂的聚乙烯吡硌烷酮水溶液中，所述泡沫体的孔隙率为约94％，尺寸为300mm*150mm*1.7m。
浸没后，对如此制备的所述纯镍制金属泡沫体连同该粘结剂在吸收垫上压制，以便从孔隙中去除多余的粘结剂，使得仅仅镍泡沫结构的内表面和网格保持润湿。
之后，将以上述方式涂覆的镍泡沫结构安装在振动装置中，实施振动。在振动过程中，从被粘结剂润湿的金属泡沫体上的两侧散落铜粉，使得粉末在该镍泡沫结构的多孔网络结构中均匀分布，并保持开放的多孔性。
如果需要的话，按照上述制备并且表面用粘结剂和铜粉涂覆的镍泡沫结构可以进行形变。例如它可以卷绕成空心圆筒状。在变形过程中，铜微粒附着在表面上。
根据情况，经涂覆和变形的镍泡沫结构随后可以在氢气气氛中进行热处理。同时，热处理的升温速率为5K/min。在300℃-600℃温度范围内有机成分排出，其中为此目的保温时间优选约30分钟。
随后，以相同的升温速率将温度升至1100℃-1300℃，保温时间超过30分钟。
热处理后，制成的开孔金属泡沫体再次具有约94％的孔隙率，这与纯镍制金属泡沫体的初始孔隙率一致。
该金属泡沫体的网格和内壁是光滑的。
如此制成的开孔金属泡沫体具有预期的高耐蚀性，并且与镍泡沫结构相比具有相当高的强度，而且随后其仍适于进行进一步加工。
该烧结多孔结构由单相固溶铜-镍合金构成，镍含量至少为40％。在该合金中还可以含有Mn、Fe、C、Si、Al、Ti、S。
实施方案2在本方案中，使用相同的纯镍制开孔金属泡沫体、相同的初始铜粉以及1％的聚乙烯吡硌烷酮水溶液。
同样，以相同方式进行应当导致脱除的热处理的第一阶段。热处理的第二阶段仅仅在明显降低的温度即700℃-900℃进行，随后保温1小时以上。
热处理后，由镍-铜合金和这种方式制成的金属泡沫体具有稍低的约91％的孔隙率，而纯镍制开孔金属泡沫体的起始孔隙率为约94％。但是，本实施方案所述泡沫体的内表面和网格也具有高韧性，这是由于铜微粒的不完全烧结，使得最终的该开孔金属泡沫体的比表面明显提高。
实际上，也能获得上述预期的有利性能。
权利要求
1.一种由镍-铜合金制成的开孔金属泡沫体，具有至少40wt％的镍，孔隙率至少为90％。
2.如权利要求1所述的金属泡沫体，其特征在于，除了所述镍和所述铜外，还含有最高6wt％的其它合金元素。
3.如权利要求1或2所述的金属泡沫体，其特征在于所述镍的含量为至少60wt％。
4.如前述任一项权利要求所述的金属泡沫体，其特征在于含有的其它合金元素选自锰、铁、碳、硅、铝、钛。
5.一种制备权利要求1-4中至少一项所述开孔金属泡沫体的方法，其特征在于，用铜粉和/或氧化铜粉末涂覆所述纯镍制开孔金属泡沫体，使得所述粉末覆盖在所述镍泡沫结构的表面和所述孔隙内，随后在700℃以上进行热处理，其中所述镍和所述铜发生合金化。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述粉末与一种有机粘结剂一同沉积在所述镍泡沫结构的表面上。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于利用聚合物粘结剂的水溶液沉积所述铜粉和/或所述氧化铜粉末。
8.如权利要求5-7中任一项所述的方法，其特征在于所述热处理在氢气氛围中进行。
9.如权利要求5-8中任一项所述的方法，其特征在于，在700℃-900℃进行的所述热处理过程中，孔隙率得以降低，比表面得以提高。
10.如权利要求5-9中任一项所述的方法，其特征在于，在1100℃-1300℃进行的所述热处理过程中，所述镍泡沫结构保持初始孔隙率。
11.如权利要求5-10中任一项所述的方法，其特征在于，在进行所述热处理之前，向所述粉末中加入粉状催化活性物质。
12.如权利要求5-10中任一项所述的方法，其特征在于，在进行所述热处理之后，通过电镀或烧结将一种催化活性物质沉积在所述表面上。
全文摘要
本发明涉及一种开孔金属泡沫体及其制备方法。所述金属泡沫体可以有利地用于导致多种常规材料严重腐蚀、并经常使其使用寿命缩短的环境条件中。根据这一目的，所述金属泡沫体应当具有低重量、同时具有高比表面、并且在化学侵蚀环境下具有高耐蚀性。随后开发出了本发明所述开孔金属泡沫体，该泡沫体由含有至少40wt％镍的镍－铜合金制成，其孔隙率为至少90％。
文档编号B22F3/11GK1981062SQ200580021137
公开日2007年6月13日 申请日期2005年6月23日 优先权日2004年6月25日
发明者D·瑙曼, L·蒂姆伯格, A·贝姆, G·瓦尔特尔 申请人:英科有限公司, 弗劳恩霍弗实用研究促进协会