專(zhuān)利名稱(chēng)：經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體及其制造方法。
背景技術(shù)：
通常，車(chē)輛引擎廢氣排氣系統(tǒng)中的空氣清潔過(guò)濾器(也稱(chēng)為觸媒轉(zhuǎn)換器)采用的是一種金屬蜂窩結(jié)構(gòu)，采用這種蜂窩結(jié)構(gòu)，可以使排氣系統(tǒng)中的廢氣從蜂窩結(jié)構(gòu)中的通道的一端傳送到另一端，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油料燃燒后產(chǎn)生的一氧化氮及二氧化氮等多種有害氣體進(jìn)行處理的目的。
美國(guó)專(zhuān)利US5,306,890公開(kāi)了這樣一種蜂窩結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)中，將波狀金屬薄片焊接在二平坦金屬薄片之間，從而形成許許多多的通道結(jié)構(gòu)。用觸媒包裹、涂覆所形成的通道結(jié)構(gòu)，并將所形成的通道結(jié)構(gòu)安裝在一種金屬外殼內(nèi)，即形成觸媒轉(zhuǎn)換器。由于這種觸媒轉(zhuǎn)換器中的波狀結(jié)構(gòu)具有較大接觸表面積，使得其表面所涂覆的觸媒能夠?qū)諝膺M(jìn)行過(guò)濾。但是這種技術(shù)的缺陷是，焊接工藝成本較高，并且通道結(jié)構(gòu)的表面區(qū)域的金屬加工受到當(dāng)前技術(shù)水平的限制。
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，US5,481,084中提出了一種采用電弧處理金屬薄片表面以增大表面積的方法；US5,567,395中則揭示了一種在蜂窩結(jié)構(gòu)內(nèi)提供湍流產(chǎn)生區(qū)段以提高效率的方法；US6,036,926和WO97/15393揭示了一種使用彎曲加固金屬薄片以形成具有加固結(jié)構(gòu)的蜂窩結(jié)構(gòu)并提高效率的方法。但是，上述方法對(duì)接觸表面積的增大的程度依然有限。并且在經(jīng)過(guò)幾個(gè)熱沖擊循環(huán)之后，那些由于為增大表面積而對(duì)表面進(jìn)行處理從而增加出來(lái)的額外凹凸結(jié)構(gòu)通常會(huì)出現(xiàn)金屬表面粘附力不足以及粘附性欠持久的問(wèn)題。
于是，人們?cè)O(shè)想在蜂窩結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換器之前再安裝一臺(tái)精密過(guò)濾器(或稱(chēng)作“粉塵捕集器”)(US4,719,571)或?qū)⑵淦叫杏谵D(zhuǎn)換器安裝來(lái)機(jī)械地控制廢氣流穿過(guò)選定的腔室，以捕集粉塵(US5,264,186)。其可防止此粉塵引起的觸媒中毒，并減少粉塵排放。然而，其工藝復(fù)雜且需要安裝一額外過(guò)濾單元，這就增加了車(chē)輛的成本和重量。
引擎啟動(dòng)時(shí)，會(huì)使轉(zhuǎn)換器加熱，而當(dāng)引擎停止時(shí)則會(huì)使轉(zhuǎn)換器熄火。如此重復(fù)循環(huán)通常會(huì)引起對(duì)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)的熱沖擊，使金屬薄片損壞而在其中形成孔洞，從而使轉(zhuǎn)換器的功效下降甚至失效。當(dāng)然可以采用某些方法克服之，如通過(guò)特殊焊接來(lái)改善其強(qiáng)度(US5,316,997)，或提供一緩沖區(qū)使轉(zhuǎn)換器不致于因熱沖擊而損壞(US5,403,558、US6,467,169、US6,458,329、US5,846,459)。但這樣會(huì)使緩沖區(qū)段占據(jù)更大的空間，從而減少轉(zhuǎn)換器實(shí)際可用的表面區(qū)域。并且這樣做也會(huì)使轉(zhuǎn)換器的總體積增大。如果增大轉(zhuǎn)換器的直徑，那么廢氣會(huì)均勻穿過(guò)所有通道而使過(guò)濾作用下降。如果增加轉(zhuǎn)換器的長(zhǎng)度，則會(huì)增加對(duì)引擎的背壓。
當(dāng)引擎和轉(zhuǎn)換器尚未達(dá)到其工作溫度時(shí)，當(dāng)前空氣污染物的90％來(lái)自車(chē)輛廢氣排放。為此，人們?cè)O(shè)想了幾種解決方案例如，采用具有稀疏微空洞結(jié)構(gòu)的沸石或分子篩吸收腔室(US5,051,224、US5,108,716)或?yàn)槭褂|媒轉(zhuǎn)換器更為有效而采用單獨(dú)的預(yù)熱裝置(US5,296,198、US5,465,573等)。然而，這種裝置不是增加了背壓，就是降低了燃料效率，或者增加了燃油消耗。
除了金屬觸媒轉(zhuǎn)換器以外，美國(guó)專(zhuān)利US4,556,543中采用一種經(jīng)觸媒涂覆的壓縮陶瓷轉(zhuǎn)換器。美國(guó)專(zhuān)利US6,680,101則建議采用擠壓或擠壓成型技術(shù)來(lái)形成具有400通道/平方英寸的陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)。
但這種陶瓷轉(zhuǎn)換器的抗熱沖擊性能較差，會(huì)使得僅經(jīng)過(guò)有限次數(shù)的加熱/熄火循環(huán)以后，就導(dǎo)致陶瓷破碎，而導(dǎo)致性能喪失。盡管人們建議了幾種方法可以用來(lái)克服這一缺陷。如通過(guò)使某些通道的壁增厚來(lái)增強(qiáng)抗熱沖擊性(US2004/0101654)。但是這些方法仍然無(wú)法滿(mǎn)足人們對(duì)重量較輕的有效觸媒載體的需求。
由于陶瓷的熱容量和熱傳導(dǎo)率較低，陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)在引擎啟動(dòng)之后需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到其工作溫度。當(dāng)引擎/轉(zhuǎn)換器的溫度低于其工作溫度時(shí)，會(huì)需要另外增加過(guò)濾器或另一預(yù)熱器來(lái)對(duì)廢氣進(jìn)行處理。這不僅增加了成本和重量，而且降低了車(chē)輛的燃料效率。
第三種典型的現(xiàn)有技術(shù)是如US4,451,441中所揭示的陶瓷泡沫結(jié)構(gòu)。它包括將一精細(xì)陶瓷泡沫單元(15到50ppi孔/英寸)用作過(guò)濾器，而將一粗糙陶瓷泡沫單元(2到20ppi)用作觸媒轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的觸媒載體。有人提出為觸媒應(yīng)用提供一種重量輕、表面積大而且背壓小得多的技術(shù)方案。通過(guò)將陶瓷漿料涂覆在一網(wǎng)狀聚氨酯海綿上接著在約750℃下將其燒結(jié)以形成陶瓷泡沫。事實(shí)上，在所述燒結(jié)過(guò)程中聚氨酯聚合體被燒盡。然而，由于陶瓷泡沫的骨架極小因而機(jī)械強(qiáng)度很小，所以無(wú)法在使用壽命期間傳熱和抗沖擊并提供足夠的強(qiáng)度。
US5,422,085中揭示了一種減少柴油引擎廢氣中氮氧化物(NOx)的排放方法。在經(jīng)鎳涂覆的聚氨酯海綿(中國(guó)市場(chǎng)又稱(chēng)為泡沫鎳)上涂覆銀觸媒用以對(duì)NOx負(fù)載流進(jìn)行處理。但是，由于銀與引擎廢氣環(huán)境中的硫化物的高活性和鎳在氧化環(huán)境中的抗腐蝕和抗氧化性的不足，所以這種裝置實(shí)際上還沒(méi)有在商業(yè)上投產(chǎn)。
在陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程中需要精密加工工具用于進(jìn)行成型。而加工工具具有其壽命周期和維護(hù)期。同樣，陶瓷材料在運(yùn)輸上需要良好保護(hù)以防止碰撞損壞。因此生產(chǎn)成本高而且需要采用新結(jié)構(gòu)用于觸媒轉(zhuǎn)換器。
本發(fā)明克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的所有缺陷。它具有大面積觸媒效率、有效過(guò)濾柴油粉塵(顆粒)、抗熱沖擊性和短加熱時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，并且生產(chǎn)成本低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體及其制造方法。
發(fā)明者使用可燃性材料已爆破開(kāi)孔聚氨酯海綿作為多孔襯底以涂覆金屬層，并采用燒結(jié)工藝來(lái)形成燒結(jié)多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體。從而使用者可使用所述經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體進(jìn)行觸媒涂覆或光觸媒涂覆。
本發(fā)明提供了一種經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體，它包含一種經(jīng)還原的金屬十二面體骨架結(jié)構(gòu)，骨架內(nèi)具有某種中空、剛性并且呈某種幾何形狀的閉孔、半閉孔或半開(kāi)孔的結(jié)構(gòu)，在該中空幾何體的內(nèi)、外部具有超大的三維比表面積。結(jié)構(gòu)內(nèi)具有金屬鍵或共價(jià)鍵以連接整體，且多孔中空結(jié)構(gòu)的材料能夠承受具有特定溫度范圍的燒結(jié)工藝；其中多孔中空結(jié)構(gòu)的材料至少一半部分由金屬材料形成。
本發(fā)明的方法包含下列步驟采用一種可燃性材料來(lái)制成多孔襯底；通過(guò)可承受可燃性材料的燃燒溫度的金屬材料來(lái)實(shí)施涂覆工藝；對(duì)經(jīng)涂覆的多孔襯底實(shí)施燒結(jié)工藝，以移除可然性襯底，由于金屬材料在結(jié)構(gòu)體內(nèi)形成金屬鍵或共價(jià)鍵，從而形成一種整體結(jié)構(gòu)，從而制成具有多孔中空結(jié)構(gòu)的經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可用作一粉塵過(guò)濾器和觸媒轉(zhuǎn)換器，以通過(guò)涂覆一層諸如鉑的觸媒材料來(lái)處理來(lái)自引擎的廢氣。而且，所述經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體可以通過(guò)涂覆一層諸如光觸媒的材料而用作排氣及進(jìn)氣系統(tǒng)中的清潔過(guò)濾器。


讀者在參照附圖閱讀了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
以后，會(huì)對(duì)本發(fā)明的目的和所具有的性能和優(yōu)點(diǎn)一目了然。其中，圖1為本發(fā)明制成經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體的方法流程圖；圖2為本發(fā)明經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的洞穴的一種形式；圖3示出本發(fā)明的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體之骨架的一部分。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種制造海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體的方法，所述海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體具有高抗張強(qiáng)度、具有低背壓的大表面積、低熱膨脹系數(shù)、高抗熱沖擊性、重量輕和設(shè)計(jì)靈活性，以提供預(yù)先加熱金屬海綿狀結(jié)構(gòu)體來(lái)降低復(fù)雜性并有效改善燃料以滿(mǎn)足觸媒轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中的需要。同時(shí)，增加表面積以提供更有效的廢氣處理同時(shí)降低轉(zhuǎn)換器的重量。
首先通過(guò)電化學(xué)沉積來(lái)處理已爆破開(kāi)孔聚氨酯海綿材料(或類(lèi)似聚合體結(jié)構(gòu))。為確保導(dǎo)電率，在聚氨酯海綿體的表面上預(yù)涂覆硫化銅導(dǎo)電(94重量％的硫化銅和6重量％的環(huán)氧粘合劑)層。還可以有其他導(dǎo)電層，例如，也可使用石墨、碳黑等。還可用采用其他的方法，用來(lái)在聚氨酯材料襯底上提供一導(dǎo)電層，如PVD、CVD、化學(xué)電鍍等。接著使用任意一種所要求的金屬或特殊金屬組合物來(lái)對(duì)所得的聚氨酯海綿材料實(shí)施電鍍。后者可通過(guò)調(diào)整電極和電鍍?cè)〗M合物(bathcomposition)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在聚氨酯海綿結(jié)構(gòu)體頂部和導(dǎo)電層上涂覆特定厚度(通常從60到150微米)的金屬之后，將經(jīng)涂覆的多孔襯底保持在260℃-270℃范圍內(nèi)，以使耐燃性襯底汽化，從而移除該襯底。接著在還原爐中在350℃到500℃下在氫氣氣氛中燒結(jié)所得金屬海綿骨架持續(xù)30-45分鐘，再接著在約30分鐘內(nèi)將溫度逐漸升高到650℃到900℃。在另外的60-90分鐘內(nèi)，在650℃到900℃的還原爐中通過(guò)氫氣氣氛可還原多孔中空海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體。需要仔細(xì)控制燒結(jié)溫度以便不熔融金屬組合物，但需要使金屬化合物還原，留下由金屬所覆蓋的具有某種幾何形狀的中空洞穴。圖2中示出的是幾何形狀為三角形時(shí)的情形，但實(shí)際上中空洞穴的幾何形狀可以是任何一種可以實(shí)現(xiàn)的幾何形狀，這是本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所能理解的。所述洞穴具有熱脹冷縮特性，可減少整體結(jié)構(gòu)的熱膨脹。
接著可由用于觸媒轉(zhuǎn)換器的先前涂覆技術(shù)使用觸媒組合物來(lái)涂覆所得金屬海綿體。所得海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體為一理想載體主體，不僅可用作這些觸媒的載體，而且具有精細(xì)單元結(jié)構(gòu)(90到120ppi)的海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體也可用作柴油機(jī)粉塵捕集器(或稱(chēng)作“過(guò)濾器”)。單元結(jié)構(gòu)僅受最初已爆破開(kāi)孔的聚氨酯海綿形態(tài)限制。因此，可形成從5到150ppi的單元尺寸。
金屬支柱下的空洞可為金屬海綿體提供優(yōu)異的強(qiáng)度和抗熱沖擊性。由于金屬壁的形狀，此海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體的線(xiàn)性熱膨脹極低，這就提供了良好的尺寸和熱沖擊穩(wěn)定性。所述空洞還使得在獲得最大表面積的情況下，材料的重量減輕。重量的減輕使得僅需要較少的熱就可以對(duì)金屬海綿狀結(jié)構(gòu)體進(jìn)行加熱，從而可以更快地將由所述金屬海綿狀結(jié)構(gòu)體制成的觸媒轉(zhuǎn)換器加熱到運(yùn)行溫度。
本發(fā)明的另一益處是金屬海綿體可使用鎳-鉻合金涂覆于骨架的外表面上。接著可使用來(lái)自汽車(chē)發(fā)電機(jī)或電池的合適電流將其加熱。其提供了一種預(yù)先加熱的載體，其可用來(lái)替代用于觸媒轉(zhuǎn)換器或過(guò)濾器/捕集器的現(xiàn)有技術(shù)中的任何載體材料。這不僅簡(jiǎn)化了目前對(duì)具有雙腔室的要求，而且在降低制造成本的同時(shí)，提高了燃料效率。
圖1為經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體的制造方法的流程圖。所述經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體可廣泛用于化學(xué)反應(yīng)的某種處理的液體轉(zhuǎn)移機(jī)器。所述制造方法包含采用一種可燃性材料(諸如聚合體海綿)制成多孔襯底；采用能承受所述可燃性材料的燃燒溫度的金屬材料對(duì)所制得的襯底進(jìn)行涂覆；對(duì)經(jīng)涂覆的多孔襯底進(jìn)行燒結(jié)，以移除可燃性襯底，并通過(guò)金屬材料在結(jié)構(gòu)體內(nèi)形成的金屬鍵或共價(jià)鍵而形成整體的多孔中空結(jié)構(gòu)，從而制成本發(fā)明經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體。其中，在金屬或其合金中，可以容易地將金屬鍵看作共價(jià)鍵，并且所述共價(jià)鍵用來(lái)改進(jìn)由燒結(jié)產(chǎn)生的金屬基座內(nèi)的很少非金屬材料或用于金屬基座的特性改進(jìn)。
本發(fā)明的步驟還可以包含以下變化形式其中，所述涂覆工藝可以含有用于將金屬材料涂覆于可燃性材料上的兩個(gè)子工藝步驟，預(yù)涂覆工藝和增強(qiáng)涂覆工藝，預(yù)涂覆工藝用于在多孔襯底上粘合一層可允許進(jìn)行金屬電鍍的材料，而增強(qiáng)涂覆工藝則用于電鍍一層較厚的金屬材料層以構(gòu)造經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體的主多孔結(jié)構(gòu)。其中，預(yù)涂覆工藝可在多孔襯底上濺鍍金屬或可允許進(jìn)行金屬電鍍的材料。其中預(yù)涂覆工藝可以在多孔襯底上涂布導(dǎo)電膠。其中，導(dǎo)電膠的涂布方法為噴涂。其中，預(yù)涂覆工藝可將多孔襯底部分放入指定的化學(xué)溶液中，所述指定的化學(xué)溶液含有可允許進(jìn)行金屬電鍍的材料。其中，所述金屬材料包含鎳或鉻以能夠采用電力來(lái)加熱多孔結(jié)構(gòu)供工業(yè)應(yīng)用(諸如在車(chē)輛的排氣管中的預(yù)熱)。其中，金屬材料包含銅、鋁或其合金。所采用的金屬具有安裝靈活性和燒結(jié)工藝的耐熱性。其中，燒結(jié)工藝可含有在純氫氣體中產(chǎn)生金屬脫氧反應(yīng)的工藝。
經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)包含一多孔中空結(jié)構(gòu)，在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)具有金屬鍵或共價(jià)鍵以將該結(jié)構(gòu)連接成整體，并且制造多孔中空結(jié)構(gòu)的材料能夠承受具有某一溫度范圍(如高達(dá)2500攝氏度的溫度)的燒結(jié)工藝；其中，多孔中空結(jié)構(gòu)體的材料其至少90％甚至整體都由金屬材料形成。所形成的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體如圖3所示。采用本發(fā)明的工藝所形成的燒結(jié)多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體具有超大的三維比表面積450m2/m3至28000m2/m3。并且結(jié)構(gòu)體骨架體積與多孔聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體的體積之比小于3％。
下文中將描述經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)的變化型式其中，多孔中空結(jié)構(gòu)在其內(nèi)部具有小孔，而且小孔的壁上附著有由燒結(jié)加熱工藝所產(chǎn)生的殘余碳化合物。其中，多孔結(jié)構(gòu)可以彎曲，從而可以在特定的流動(dòng)液體裝置中形成與該裝置的形狀相適應(yīng)的特定空間形狀(諸如通風(fēng)管和排氣管)。特定溫度范圍可高達(dá)2500攝氏度。可使用觸媒材料或抗菌材料來(lái)涂覆多孔中空結(jié)構(gòu)?？梢圆捎玫慕饘俨牧习~、鋁、鎢或其合金，也可以是鎳或鉻，以能夠通過(guò)電力對(duì)多孔中空結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱以供工業(yè)應(yīng)用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有許多明顯的益處。比如，這是一種無(wú)焊接點(diǎn)結(jié)構(gòu)、由于不均勻的多孔中空結(jié)構(gòu)而形成的高觸媒效率、有效的過(guò)濾柴油機(jī)粉塵(顆粒)特性、抗熱沖擊性和短加熱時(shí)間，等等。同樣，對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)成本較為合理。
另外，由于具有上述諸多益處的經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體的特性，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)體可用作基底結(jié)構(gòu)體以涂覆光觸媒材料。光觸媒在照射紫外線(xiàn)的條件下產(chǎn)生氫氧自由基強(qiáng)氧化作用，現(xiàn)在多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體不被氧化，因而具有廣闊的市場(chǎng)前景。
同時(shí)，經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體的應(yīng)用領(lǐng)域可擴(kuò)展到化工行業(yè)(例如)用以涂覆觸媒層，以用作去除氮氧化合物(DeNOx)或去除二氧化硫(DeSO2)。
上文中對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了描述。但對(duì)于本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，可在不脫離如權(quán)利要求書(shū)中所界定的本發(fā)明的范圍的情況下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種修改，并且這些修改型式都落在權(quán)利要求書(shū)所陳述的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體是一種經(jīng)燒結(jié)的具有經(jīng)還原金屬十二面體的多孔骨架結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述骨架內(nèi)具有中空、剛性并且呈幾何形狀的閉孔、半閉孔或半開(kāi)孔的結(jié)構(gòu)，在所述中空剛性幾何體的內(nèi)、外部具有超大的三維比表面積。
2.如權(quán)利要求1所述的中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述三維比表面積在450m2/m3至28000m2/m3。
3.如權(quán)利要求1所述的中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述骨架體積與所述中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體的體積之比小于3％。
4.如權(quán)利要求1所述的中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述中空幾何結(jié)構(gòu)體具有熱脹冷縮特性。
5.如權(quán)利要求1所述的中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)體的至少90％的部分是由金屬材料形成。
6.如權(quán)利要求1所述的中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部具有小孔，并且所述小孔的孔壁具有由燒結(jié)加工工藝所產(chǎn)生的殘余碳化合物。
7.如權(quán)利要求1所述的中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)體可以彎曲，以形成適合于流動(dòng)液體裝置中的特定空間形狀。
8.如權(quán)利要求1所述的中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)體可采用一種觸媒或抗菌材料涂覆之。
9.如權(quán)利要求5所述的中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述金屬材料包含銅、鎳、鎢或其合金。
10.一種制造如權(quán)利要求1所述的中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體的方法，其特征在于，它包含下述步驟(a)用一種可燃性材料形成多孔襯底；(b)采用能承受270℃以上耐燃性金屬材料涂覆所述多孔襯底表面；(c)將經(jīng)涂覆的所述多孔襯底保持在150℃至300℃的溫度范圍內(nèi)，以使可燃性襯底汽化從而移除所述可燃性襯底，并通過(guò)所述金屬材料，由所述結(jié)構(gòu)體表面金屬材料涂層中的金屬鍵或共價(jià)鍵來(lái)連接整體，以產(chǎn)生所述多孔的中空、剛性金屬結(jié)構(gòu)；(d)經(jīng)烘干工序后，進(jìn)行相同金屬電化學(xué)沉積電鍍，增大多孔中空海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體的厚度；(e)將增厚的多孔中空海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體，在氫氣還原爐中以純氫氣逐步升溫而進(jìn)行氧化還原在350℃至500℃的溫度范圍內(nèi)，在氫氣氣氛中燒結(jié)持續(xù)30至45分鐘；接著在約30分鐘內(nèi)將溫度逐漸升高到650℃到900℃，并且隨后在另外的60至90分鐘內(nèi)，在650℃到900℃的還原爐中，在氫氣氣氛中還原所述多孔中空海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述步驟(b)含有下述兩個(gè)子步驟(b1)預(yù)涂覆子步驟，用于在所述多孔襯底上粘合一層可以進(jìn)行金屬電鍍的材料；和(b2)增強(qiáng)涂覆子步驟，用于電鍍一厚層金屬材料，以構(gòu)造所述經(jīng)燒結(jié)的聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體的主多孔結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述子步驟(b1)包含采用一種在所述多孔襯底上濺鍍金屬或可允許進(jìn)行金屬電鍍的材料。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述子步驟(b1)包含在所述多孔襯底上涂覆導(dǎo)電膠。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電膠的涂覆步驟包含噴涂。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述子步驟(b1)包含將所述多孔襯底置于指定的化學(xué)溶液中，所述指定的化學(xué)溶液含有所述可進(jìn)行金屬電鍍的材料。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述金屬材料包含鎳或鉻，使之能夠通過(guò)電力來(lái)加熱所述結(jié)構(gòu)體。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述金屬材料包含銅、鋁或其合金。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種經(jīng)燒結(jié)的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體和其形成方法。多孔中空聚氨酯海綿結(jié)構(gòu)體包含一種爆破開(kāi)孔聚氨酯海綿骨架，其骨架具有某種中空并且呈某種幾何形狀的閉孔、半閉孔或半開(kāi)孔的結(jié)構(gòu)，中空幾何體外部具有超大的三維比表面積。方法包含形成多孔襯底，用金屬涂覆多孔襯底，燒結(jié)經(jīng)涂覆的襯底，以移除可燃性襯底，通過(guò)結(jié)構(gòu)體中的金屬鍵和共價(jià)鍵連接整體，產(chǎn)生中空結(jié)構(gòu)，從而制成多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體。本發(fā)明的多孔中空聚氨酯海綿狀金屬結(jié)構(gòu)體可用作空氣清潔過(guò)濾器載體。
文檔編號(hào)B22D23/00GK1818106SQ20051000338
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者薛攀霆 申請(qǐng)人:薛攀霆