梯密度通孔金屬泡沫及其簡(jiǎn)易制備方法
【專(zhuān)利摘要】一種合金材料【技術(shù)領(lǐng)域】的梯密度通孔金屬泡沫及其簡(jiǎn)易制備方法，通過(guò)在多個(gè)金屬泡沫層之間設(shè)置針對(duì)相鄰金屬泡沫層的不同材質(zhì)的對(duì)應(yīng)銀銅合金，然后置于高溫?zé)o氧環(huán)境下燒結(jié)并冷卻，得到梯密度通孔金屬泡沫。本發(fā)明降低了梯密度金屬泡沫的生產(chǎn)成本，促進(jìn)了梯密度通孔金屬泡沫的推廣應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】梯密度通孔金屬泡沬及其簡(jiǎn)易制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種材料【技術(shù)領(lǐng)域】的梯密度金屬泡沫及其簡(jiǎn)易制備方法，具體是一種在用銀銅合金片將不同密度的金屬泡沫層燒結(jié)在一起，從而獲得不同規(guī)格的梯密度通孔金屬泡沫。

【背景技術(shù)】
[0002]通孔金屬泡沫具有稠密的金屬骨架，內(nèi)部有蜿蜒復(fù)雜的連通通道，換熱比表面積大，相對(duì)密度較小，在傳熱傳質(zhì)、環(huán)境化工領(lǐng)域有很大的研究?jī)r(jià)值。梯密度通孔金屬泡沫的孔隙率或孔密度呈現(xiàn)梯度變化的趨勢(shì)，由于具有獨(dú)特的物理結(jié)構(gòu)，可以在強(qiáng)化傳熱，消除噪音污染等領(lǐng)域中應(yīng)用，市場(chǎng)應(yīng)用前景非常光明。
[0003]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)CN103555984A公開(kāi)(公告)日2014.02.05，公開(kāi)了一種納米材料【技術(shù)領(lǐng)域】的梯密度通孔金屬泡沫及其制備方法，通過(guò)以結(jié)構(gòu)均勻通孔金屬泡沫作為原始骨架制備，即通過(guò)將結(jié)構(gòu)均勻通孔金屬泡沫焊接于帶有密閉沸騰容器的紫銅加熱器的上表面后，開(kāi)啟紫銅加熱器并將金屬納米溶液分批次倒入密閉沸騰容器中并在氬氣環(huán)境下烘干，制成梯密度通孔金屬泡沫。該技術(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)納米溶液的濃度和液位改變結(jié)構(gòu)均勻金屬泡沫的纖維直徑，然后對(duì)沉積后的金屬泡沫在氬氣氛下加熱烘干，即可制備不同規(guī)格的梯密度金屬泡沫。該技術(shù)降低了梯密度金屬泡沫的生產(chǎn)成本，促進(jìn)了梯密度通孔金屬泡沫的推廣應(yīng)用。但該技術(shù)在制備梯密度金屬泡沫時(shí)對(duì)金屬納米顆粒的粒徑均勻度要求較高。
[0004]中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)CN103499096A公開(kāi)(公告)日2014.01.08，公開(kāi)了一種燃燒器【技術(shù)領(lǐng)域】的預(yù)混預(yù)熱式梯密度通孔金屬泡沫燃燒器，包括:金屬通孔泡沫和梯密度金屬泡沫，其中:梯密度金屬泡沫位于金屬通孔泡沫的上方，金屬通孔泡沫的底部為氧氣和可燃?xì)怏w的入口，兩側(cè)為加熱部，梯密度金屬泡沫的頂部為氣體出口，其兩側(cè)以及金屬通孔泡沫的底部為隔熱區(qū)。該技術(shù)可以通過(guò)利用導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬泡沫對(duì)氧氣和燃燒氣體進(jìn)行預(yù)混加熱，然后在熔點(diǎn)高的梯密度金屬泡沫內(nèi)燃燒，解決了現(xiàn)有多孔介質(zhì)燃燒器燃燒效率低的問(wèn)題。但該技術(shù)中的梯密度金屬泡沫是在溫度超過(guò)1000攝氏度的大型電爐內(nèi)燒結(jié)而成，金屬泡沫容易氧化，制備梯密度金屬泡沫時(shí)需要消耗大量的電能，生產(chǎn)成本較高，不利于產(chǎn)品的推廣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種梯密度通孔金屬泡沫及其簡(jiǎn)易的制備方法，針對(duì)相鄰金屬泡沫層的不同材質(zhì)，選取銀銅成份占比不同的合金，將其在不同的高溫?zé)o氧環(huán)境下燒結(jié)，然后逐步冷卻，即可制備不同規(guī)格的梯密度金屬泡沫。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明涉及一種梯密度通孔金屬泡沫，該金屬泡沫的孔密度呈梯度變化，即孔隙率相同，孔密度沿某一方向增大；或孔密度相同，孔隙率沿某一方向增大。
[0008]所述的孔密度的變化范圍為5PPI?130PPI。
[0009]所述的金屬是指:鋁、銅、鎳或不銹鋼中的一種或其組合
[0010]所述的孔隙率的范圍為0.88?0.98。
[0011]本發(fā)明涉及上述梯密度通孔金屬泡沫的制備方法，通過(guò)在多個(gè)金屬泡沫層之間設(shè)置針對(duì)相鄰金屬泡沫層的不同材質(zhì)的對(duì)應(yīng)銀銅合金，然后置于高溫?zé)o氧環(huán)境下燒結(jié)并冷卻，得到梯密度通孔金屬泡沫，其具體步驟包括:
[0012]第一步、在通孔泡沫層間放置銀銅合金片，放置于氬氣保護(hù)環(huán)境的馬弗爐內(nèi)，用較重的銅塊將疊加的層狀通孔金屬泡沫壓緊。
[0013]第二步、打開(kāi)電源，給馬弗爐加熱，將爐內(nèi)溫度升至銀銅合金片熔點(diǎn)，并保持5?10分鐘。
[0014]第三步、將馬弗爐內(nèi)的溫度按適當(dāng)?shù)臏囟忍荻戎饾u降低至室溫，在下降的每個(gè)溫度點(diǎn)上保持5?10分鐘，以確保不同的金屬泡沫層之間的銀銅合金燒結(jié)點(diǎn)不會(huì)因溫度下降過(guò)快而出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象。
[0015]第四步、打開(kāi)馬弗爐，去掉壓在層狀金屬泡沫上面的銅塊，將制備成功的梯密度通孔金屬泡沫取出。
[0016]所述的銀銅合金片為銀的成份占比為0.02?0.3wt%，銅的成分占比為99.94?99.66wt%，剩余成分為鐵。
[0017]所述的銀銅合金片熔點(diǎn)為600?718°C。
[0018]所述的銀銅合金片厚度為0.2?1mm。
[0019]所述的通孔泡沫層數(shù)為2?6層。
[0020]所述的溫度梯度為30?50°C。
技術(shù)效果
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)銀銅合金片熔融燒結(jié)法制備梯密度通孔金屬泡沫，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了制備速度，為大規(guī)模應(yīng)用梯密度通孔金屬泡沫打下良好基礎(chǔ)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為實(shí)施例1金屬泡沫示意圖。
[0023]圖2為實(shí)施例2金屬泡沫示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0025]本實(shí)施例制備過(guò)程如下:
[0026]第一步、通過(guò)熔模鑄造法制備厚度為5mm，孔隙率為0.9，孔密度分別為10PP1、40PPI的兩塊通孔鎳泡沫。
[0027]第二步、在通孔鎳泡沫層間放置厚度為0.5mm、銀的成份占比為0.02wt%、銅的成分占比為99.94wt%銀銅合金片，將其放置于氬氣保護(hù)環(huán)境的馬弗爐內(nèi)，用較重的銅塊將兩塊通孔鎳泡沫壓緊。
[0028]第三步、打開(kāi)電源，給馬弗爐加熱，將爐內(nèi)溫度升至718°C，并保持5分鐘。
[0029]第四步、將馬弗爐內(nèi)的溫度按50°C的梯度逐漸降低，在668 °C、618 °C、568 °C、518 °C、468 °C、418 °C、368 °C、318 °C、268 °C、218 °C、168 °C、118 °C、68 °C 溫度點(diǎn)上各保持 5 分鐘，在室溫狀態(tài)下保持10分鐘。
[0030]第五步、打開(kāi)馬弗爐，去掉壓在層狀鎳泡沫上面的銅塊，取出制備成功孔隙率為
0.9、孔密度按10?40PPI變化的梯密度鎳泡沫，如圖1所示。
實(shí)施例2
[0031]本實(shí)施例制備過(guò)程如下:
[0032]第一步、通過(guò)熔模鑄造法制備厚度為3mm，孔隙率為0.98，孔密度為5PPI的鎳泡沫、孔密度為10PPI的銅泡沫各一塊。
[0033]第二步、在銅泡沫和鎳泡沫之間放置厚度為0.2mm、銀的成份占比為0.3wt%、銅的成分占比為99.66wt%的銀銅合金片，將其放置于氬氣保護(hù)環(huán)境的馬弗爐內(nèi)，用較重的銅塊將兩塊泡沫壓緊。
[0034]第三步、打開(kāi)電源，給馬弗爐加熱，將爐內(nèi)溫度升至600°C，并保持10分鐘。
[0035]第四步、將馬弗爐內(nèi)的溫度按40°C的梯度逐漸降低，在560°C、520°C、480 °C、440 V、400 V、360。。、320。。、280 V、240 V、200。。、160。。、120。。、80 V、40 V 溫度點(diǎn)上各保持10分鐘，降至室溫狀態(tài)下再保持10分鐘。
[0036]第五步、打開(kāi)馬弗爐，去掉壓在層狀金屬泡沫上面的銅塊，取出制備成功孔隙率為
0.98、孔密度按5?10PPI變化的梯密度鎳銅復(fù)合泡沫，如圖2所示。
【權(quán)利要求】
1.一種梯密度通孔金屬泡沫的制備方法，其特征在于，在多個(gè)金屬泡沫層之間設(shè)置針對(duì)相鄰金屬泡沫層的不同材質(zhì)的對(duì)應(yīng)銀銅合金，然后置于高溫?zé)o氧環(huán)境下燒結(jié)并冷卻，得到梯密度通孔金屬泡沫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的金屬泡沫層的材質(zhì)為鋁、銅、鎳或不銹鋼中的一種或其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的銀銅合金是指:厚度為0.2?Imm的合金片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一所述的方法，其特征是，所述的銀銅合金具體為:針對(duì)相鄰金屬泡沫層均為鎳金屬泡沫，采用銀的成份占比為0.02wt%、銅的成分占比為99.94wt%銀銅合金片；針對(duì)相鄰金屬泡沫層為鎳、銅金屬泡沫，采用銀的成份占比為0.3wt%、銅的成分占比為99.66wt%的銀銅合金片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的燒結(jié)是指:采用馬弗爐，在氬氣環(huán)境下升溫至銀銅合金片熔點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的冷卻是指:當(dāng)采用馬弗爐燒結(jié)時(shí)，馬弗爐內(nèi)的溫度按30?50°C的梯度逐漸降低至室溫，在下降的每個(gè)溫度點(diǎn)上保持5?10分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，所述的冷卻，在668°C、618°C、568°C、518°C、468 °C、418 °C、368 °C、318 °C、268 °C、218 °C、168 °C、118 °C、68 °C溫度點(diǎn)上各保持 5 分鐘，在室溫狀態(tài)下保持 10 分鐘；或者在 560°C、52(TC、48(rC、44(rC、40(rC、36(rC、32(rC、28(rC、240°c、200°c、160°c、12(rc、8(rc、4(rc溫度點(diǎn)上各保持10分鐘，降至室溫狀態(tài)下再保持10分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的設(shè)置是指:采用銅塊將疊加的金屬泡沫層以及銀銅合金壓緊。
9.一種梯密度通孔金屬泡沫，其特征在于，根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述方法制備得到，其孔密度的變化范圍為5PPI?130PPI ;孔隙率的變化范圍為0.88?0.98。
【文檔編號(hào)】B32B15/01GK104354337SQ201410563901
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】徐治國(guó), 趙長(zhǎng)穎, 王美琴 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)