一种脱合金腐蚀的反结构多孔铜或多孔银及其制备方法

本发明涉及多孔金属材料，具体涉及一种脱合金腐蚀的反结构多孔铜或多孔银及其制备方法。

背景技术：

1、多孔材料是一种广泛应用的结构-功能一体化材料。该材料具有体密度低、比表面积大、吸能减振、消声降噪等特性，在结构、缓冲、减振、隔热、消声和过滤等许多方面均存在应用。多孔材料的性能表现，例如强度、弹性模量等力学性能及热导率、电导率、吸声系数等物理性能都与其多孔结构特征存在重要的联系。这些孔隙影响因素包括孔隙率、孔隙形貌、孔径及其分布等。调控多孔材料的孔隙结构特征是获得更优异性能的关键前提及有效手段。

2、脱合金腐蚀是近年来迅速发展起来的一种制备多孔材料和双连续相材料的技术。目前脱合金手段包括了化学或电化学腐蚀、液态脱合金腐蚀、蒸发脱合金等。它一般包含单相前驱体合金中的活泼组分被腐蚀和剩余组分自组装成一种三维连续骨架结构两个过程。在脱合金腐蚀过程中由惰性组分(未被腐蚀)所形成的三维骨架结构存在联接性低、承载效率差等缺点，导致多孔材料力学性能较弱等问题。

3、多孔铜和多孔银在保持铜、银金属本身高导电率和高导热率的同时，具备了多孔结构和较大的体积比表面积，在电池电极和散热材料等领域具有广阔的应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种脱合金腐蚀的反结构多孔铜或多孔银及其制备方法是，在现有脱合金腐蚀工艺基础上，制备了一种结构和性能优异的多孔铜和多孔银。本发明主要思路是将双连续相材料中，由脱合金形成的多孔骨架腐蚀而保留下来一种反结构多孔金属材料。这一方法的优势在于其所制备的反结构多孔金属材料展现出更为优异的力学性能。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种脱合金腐蚀的反结构多孔铜或多孔银，该多孔铜或多孔银的孔壁表面的两个主曲率为三维曲面最大曲率k2和最小曲率k1，k1<k2；在以k1为横坐标、k2为纵坐标的直角坐标系中，该多孔铜或多孔银孔壁的k1和k2主要分布(比例大于50％)于以下范围：k1<0，k2>0且其绝对值|k1|>|k2|(该部分孔壁表现为马鞍形的孔道)或k1<0，k2<0且其绝对值|k1|>|k2|(该部分孔壁表现为碗状的凹面)；该曲率分布可通过调节多孔铜或多孔银的孔隙率进行调节。

4、该多孔铜或多孔银为孔洞在三维空间内相互贯通的开口多孔金属材料；该多孔铜或多孔银的孔棱和孔隙尺寸均为小于100μm；该多孔铜或多孔银的孔棱和孔隙尺寸可通过调节脱合金反应温度和时间进行调控。

5、所述脱合金腐蚀的反结构多孔铜或多孔银的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)铬/铜双连续相材料或镍/银双连续相材料的制备：以纯铜为脱合金的腐蚀介质，将一定成分比例铬锰合金中的锰溶出获得铬/铜双连续相材料；以纯银为脱合金的腐蚀介质将一定成分比例镍铜合金中的铜溶出获得镍/银双连续相材料；

7、(2)脱合金腐蚀的反结构多孔铜材料或反结构多孔银材料的制备：用化学或电化学方法溶解步骤(1)中铬/铜双连续相材料中的铬相，获得脱合金腐蚀的反结构多孔铜材料；用化学或电化学方法溶解步骤(1)中镍/银双连续相材料中的镍相，获得脱合金腐蚀的反结构多孔银材料。

8、步骤(2)中，铬/铜双连续相材料中被溶解的铬相是由铬锰合金中的锰被脱合金形成的；镍/银双连续相材料中被溶解的镍相是由镍铜合金中铜被脱合金形成的。

9、所述多孔铜中残余锰的含量低于30％原子百分数；该多孔银中残余铜的含量低于10％原子百分数。

10、与现有脱合金技术及其制备的多孔金属材料相比，本发明具有以下有益效果：

11、(1)本发明提出的脱合金腐蚀的反结构多孔金属材料，相比于脱合金形成的多孔金属材料具有更高的结构联接性，从而具备更高的承载效率和更优异的力学性能。

12、(2)本发明提出的脱合金腐蚀的反结构多孔金属材料可以避免脱合金产生的结构缺陷对其力学性能的影响。例如脱合金过程中由表面扩散引起的孔棱断开以及结构球化会引起脱合金形成的多孔材料力学性能显著下降，但这些影响并不会降低反结构多孔材料的力学性能。

13、(3)本发明提出的脱合金腐蚀的反结构多孔金属材料内部许多孔棱呈片层状，对该多孔材料发挥承载效率更有利，可使其达到更高的强度和弹性模量。

技术特征：

1.一种脱合金腐蚀的反结构多孔铜或多孔银，其特征在于：该多孔铜或多孔银的孔壁表面的两个主曲率为三维曲面最大曲率k2和最小曲率k1，k1<k2；该主曲率可用于表现孔壁形貌；在以k1为横坐标、k2为纵坐标的直角坐标系中，该多孔铜或多孔银孔壁的k1和k2主要分布于范围ⅰ中或范围ⅱ中，其中：范围ⅰ为：k1<0，k2>0且其绝对值|k1|>|k2|，范围ⅱ为：k1<0，k2<0且其绝对值|k1|>|k2|。

2.根据权利要求1所述脱合金腐蚀的反结构多孔铜或多孔银，其特征在于：所述主曲率可用于表现孔壁形貌，当该多孔铜或多孔银孔壁的k1和k2主要分布于范围ⅰ时，该部分孔壁表现为马鞍形的孔道；当该多孔铜或多孔银孔壁的k1和k2主要分布于范围ⅱ时，该部分孔壁表现为碗状的凹面；所述主要分布是指k1和k2在范围ⅰ或范围ⅱ中的分布比例大于50％。

3.根据权利要求1所述脱合金腐蚀的反结构多孔铜或多孔银，其特征在于：该多孔铜或多孔银的孔壁表面的曲率分布可通过调节多孔铜或多孔银的孔隙率进行调节。

4.根据权利要求1所述脱合金腐蚀的反结构多孔铜或多孔银，其特征在于：该多孔铜或多孔银为孔洞在三维空间内相互贯通的开口多孔金属材料；该多孔铜或多孔银的孔棱和孔隙尺寸均小于100μm；该多孔铜或多孔银的孔棱和孔隙尺寸可通过调节脱合金反应温度和时间进行调控。

5.根据权利要求1所述的脱合金腐蚀的反结构多孔铜或多孔银的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的脱合金腐蚀的反结构多孔铜或多孔银的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，铬/铜双连续相材料中被溶解的铬相是由铬锰合金中的锰被脱合金形成的；镍/银双连续相材料中被溶解的镍相是由镍铜合金中铜被脱合金形成的。

7.根据权利要求5所述脱合金腐蚀的反结构多孔铜或多孔银，其特征在于：该多孔铜中溶解锰的含量低于30％原子百分数；该多孔银中溶解铜的含量低于10％原子百分数。

技术总结
本发明公开了一种脱合金腐蚀的反结构多孔铜或多孔银及其制备方法，属于多孔金属材料技术领域。该多孔铜和多孔银孔壁表面的两个主曲率(三维曲面最大和最小的两个曲率)k1,k2(k1<k2)主要分布于以下范围：在以k1为横坐标、k2为纵坐标的直角坐标系中，该多孔铜或多孔银孔壁的k1和k2主要分布于以下范围：k1<0，k2>0且其绝对值|k1|>|k2|或k1<0，k2<0且其绝对值|k1|>|k2|。本发明主要思路是将双连续相材料中，由脱合金形成的多孔骨架腐蚀而保留下来一种反结构多孔金属材料。这一方法的优势在于其所制备的反结构多孔金属材料展现出更为优异的力学性能。

技术研发人员：金海军,刘凌志,邵军超,胡文凯
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13