專利名稱：有機(jī)泡沫浸漿燒結(jié)法制備宏觀網(wǎng)狀多孔鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多孔鐵材料，尤其涉及一種宏觀網(wǎng)狀多孔鐵的制備方法。
背景技術(shù)：
鐵是地核中的主要物質(zhì)，也是人們最為熟知的一種金屬。多孔金屬具有結(jié)構(gòu)和功 能雙重屬性，可應(yīng)用于很多的工程領(lǐng)域([1]劉培生.多孔材料引論[M].北京清華大學(xué) 出版社，2004.)。作為多孔金屬，多孔鐵首先在減震減摩領(lǐng)域以及在含油軸承等方面都起 著重要的作用，而且在軍事領(lǐng)域也受到很大重視([2]張政，黨新安.溫壓工藝制備多孔鐵 基金屬的探討[J].火工品，2007，3:50-53.)。泡沫態(tài)多孔鐵的性能優(yōu)于泡沫鋁等低熔點(diǎn) 泡沫金屬的性能，較突出的優(yōu)點(diǎn)如其比泡沫鋁具有更高的強(qiáng)度、吸能緩沖性和耐高溫性，因 而在汽車制造業(yè)、船舶制造業(yè)、高層建筑業(yè)、橋梁及交通運(yùn)輸業(yè)有著更廣闊的應(yīng)用前景，但 制備多孔鐵的工藝也要比制備泡沫鋁的工藝更為困難([3]高芝，周蕓，左孝青，潘曉亮，楊 林海.粉體致密化法(PCF)制備泡沫鐵的研究[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版)，2006， 31 (6) :32-35.)。多孔鐵還是近來(lái)研究較多的用于汽車尾氣凈化的載體材料([4]陳紅輝，郝勝策， 高原，張婷.超聲波對(duì)泡沫鐵結(jié)構(gòu)的影響[J].電鍍與環(huán)保，2009，29 (3) :15-17.)。早期所研 究的汽車尾氣凈化一般均采用泡沫陶瓷芯體作為催化載體，利用活性物質(zhì)對(duì)汽車尾氣進(jìn)行 催化轉(zhuǎn)化后排放([5]陳紅輝，朱愛(ài)平，夏健康，劉純輝，高原.泡沫鐵制備工藝的研究[J]. 電鍍與環(huán)保，2007，27 (5) :11-12.)。但陶瓷芯體存在機(jī)械強(qiáng)度低、脆性大、導(dǎo)熱性能較差等 缺點(diǎn)。泡沫態(tài)多孔鐵具有價(jià)格便宜、比表面積大、抗壓強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低、熱穩(wěn)定性好等 特點(diǎn)，更適合用于汽車尾氣凈化領(lǐng)域([5]陳紅輝，朱愛(ài)平，夏健康，劉純輝，高原.泡沫鐵制 備工藝的研究[J].電鍍與環(huán)保，2007，27 (5) :11-12.)。此外，適當(dāng)選取不同初始密度的多孔鐵樣品，可使鐵的實(shí)驗(yàn)沖擊壓縮點(diǎn)趨近地核 密度壓縮線，這對(duì)于界定地核條件下鐵相變等結(jié)構(gòu)進(jìn)化特征具有直接的應(yīng)用意義([6]張 岱宇，劉福生，薛學(xué)東.用精密示波器測(cè)量多孔鐵沖擊高壓實(shí)驗(yàn)[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)， 2006,6 25-27.)。從所閱文獻(xiàn)來(lái)看，多孔鐵的制備方法一般是采用粉末冶金溫壓工藝([2]張政，黨 新安.溫壓工藝制備多孔鐵基金屬的探討[J].火工品，2007，3 :50-53.)、粉末致密化發(fā) 泡工藝([3]高芝，周蕓，左孝青，潘曉亮，楊林海.粉體致密化法(PCF)制備泡沫鐵的研究 [J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版)，2006，31 (6) =32-35.)和電沉積工藝([4]陳紅輝，郝 勝策，高原，張婷.超聲波對(duì)泡沫鐵結(jié)構(gòu)的影響[J].電鍍與環(huán)保，2009，29 (3) 15-17；[5] 陳紅輝，朱愛(ài)平，夏健康，劉純輝，高原.泡沫鐵制備工藝的研究[J].電鍍與環(huán)保，2007， 27(5) :11_12.)。本發(fā)明則是采用有機(jī)泡沫浸漿干燥燒結(jié)工藝，制備出了宏觀網(wǎng)狀的多孔鐵 材料，其孔隙組成主要是尺度在毫米量級(jí)的宏孔(肉眼可視的宏觀孔隙)，即宏孔構(gòu)成多孔 體的主孔。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種孔隙相互連通的宏觀網(wǎng)狀多孔鐵材料及其制備方法。 制備方法采用有機(jī)泡沫基體浸漿干燥燒結(jié)工藝，選用金屬鐵粉和無(wú)毒黏結(jié)劑配制料漿，選 用聚氨酯泡沫為有機(jī)基體。本發(fā)明的宏觀網(wǎng)狀多孔鐵材料，在一定程度上“翻版” 了有機(jī)泡沫塑料的形態(tài)，其 特征在于通過(guò)有機(jī)泡沫基體浸漿干燥，在真空環(huán)境下熱分解有機(jī)物并實(shí)現(xiàn)鐵粉燒結(jié)，最后 形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔體，其孔隙組成主要是尺度在0. 5 2. 0mm的宏孔(肉眼可視的宏觀 孔隙)，孔隙之間相互連通。多孔體中，在以宏孔為主孔的孔棱上，存在著尺寸遠(yuǎn)小于主孔的 微孔。本發(fā)明使用的無(wú)毒黏結(jié)劑由甲基纖維素與去離子水配制，兩者的質(zhì)量配比為 1 5 1 15;本發(fā)明提供的有機(jī)基體浸漿后的干燥工藝條件，為干燥箱中100°C烘干2h 以上，以確保除去多孔坯體中絕大多數(shù)水份并使坯體全部硬化?？紤]到金屬鐵的高溫氧化，本工藝規(guī)定燒結(jié)爐應(yīng)保持真空度不低于10_2Pa的水 平。本發(fā)明制備的多孔鐵結(jié)構(gòu)具有下述特征和優(yōu)點(diǎn)1)本發(fā)明的多孔鐵呈宏觀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔隙之間相互連通。2)本發(fā)明的宏觀網(wǎng)狀多孔鐵在一定程度上“翻版” 了浸漿工藝中所用有機(jī)泡沫基 體的結(jié)構(gòu)形態(tài)。有機(jī)泡沫材料的制造工藝成熟、可調(diào)性強(qiáng)、孔結(jié)構(gòu)可控性好，品種豐富。因 此，在本工藝選用多孔基體時(shí)，可供選擇性強(qiáng)，較易獲得所需結(jié)構(gòu)指標(biāo)的備用體。3)本發(fā)明的制備方法操作方便，設(shè)備簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。


圖1本發(fā)明多孔鐵宏觀形貌的低倍掃描電子顯微照片，顯示了多孔結(jié)構(gòu)中肉眼可 視的宏觀網(wǎng)狀形貌，其中孔隙(主孔)之間是相互連通的。圖2本發(fā)明多孔鐵中主孔孔棱形貌的掃描電子顯微照片，顯示了主孔孔棱上存在 著少量的尺寸遠(yuǎn)小于主孔的微孔。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例稱取一定量的甲基纖維素，按“甲基纖維素去離子水=lg 12ml”的 比例加入常溫去離子水，攪拌下配制成漿糊狀的均勻乳狀黏結(jié)劑待用。選用粒度為D5(i = 2. 5 y m、純度為99. 5 %的鐵粉，將75g鐵粉與60ml的上述黏結(jié)劑配制成料漿，攪拌均勻。 然后用聚氨酯通孔泡沫塊體進(jìn)行浸漿處理，將處理過(guò)的多孔體置于干燥箱中，于100°C烘干 4h。烘干后的多孔體變硬，再放到真空爐中，先在室溫下抽真空至小于5X10_3Pa的水平，再 用15min的時(shí)間升溫至160°C，保溫30min，持續(xù)抽真空最后達(dá)到最小壓力為3 X 10_3Pa。然后 以80min的時(shí)間將爐溫由160°C直接提高到1100°C，接著以30min的時(shí)間將爐溫由1100°C 提高到1160°C，在1160°C保溫2h，完成后關(guān)機(jī)使系統(tǒng)隨爐冷卻。整個(gè)過(guò)程保持真空狀態(tài)，直 至爐體冷卻至100°C才出爐取樣。所得塊體多孔鐵的宏觀形貌呈肉眼可視的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(參 見(jiàn)圖1)，孔隙尺度為0. 5 2. 0mm，孔隙之間相互連通。經(jīng)電鏡顯微分析，上述孔隙的孔棱 上還存在著少量尺度為微米量級(jí)的微孔(參見(jiàn)圖2)。
權(quán)利要求
一種孔隙尺寸為0.5～2.0mm的宏觀網(wǎng)狀多孔鐵材料，其制備方法采用有機(jī)泡沫基體浸漿干燥燒結(jié)工藝，該工藝方法的特征在于所用有機(jī)泡沫為聚氨酯泡沫體，漿料由鐵粉、甲基纖維素和水組成，用水調(diào)節(jié)黏度，有機(jī)泡沫基體浸漿后先經(jīng)100～120℃烘干2h以上，使其水分揮發(fā)并獲得具有良好自支持硬質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)制體，然后置于真空爐中燒結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于鐵粉無(wú)需預(yù)處理，料漿配制的甲基纖 維素與水的質(zhì)量比為1 5 1 15之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種宏觀網(wǎng)狀的多孔鐵材料，產(chǎn)品的孔隙主要是構(gòu)成宏觀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且尺寸為0.5～2.0mm的主孔，孔隙之間相互通孔。此外，在主孔孔棱上還存在著少量的尺寸遠(yuǎn)小于主孔的微孔。這種宏觀網(wǎng)狀的多孔鐵的制備方法是以有機(jī)泡沫材料為基體，采用浸漿干燥燒結(jié)法制備而成，燒結(jié)溫度在1100～1400℃之間。其中料漿由金屬鐵粉和無(wú)毒性有機(jī)黏結(jié)劑組成，黏度用水調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)C22C33/02GK101876021SQ20091025966
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者劉培生, 崔光, 羅軍, 陳一鳴 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)