專利名稱：有機泡沫浸漿燒結法制備宏觀網(wǎng)狀多孔鐵的制作方法
技術領域：
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：
鐵是地核中的主要物質，也是人們最為熟知的一種金屬。多孔金屬具有結構和功 能雙重屬性，可應用于很多的工程領域([1]劉培生.多孔材料引論[M].北京清華大學 出版社，2004.)。作為多孔金屬，多孔鐵首先在減震減摩領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 泡沫金屬的性能，較突出的優(yōu)點如其比泡沫鋁具有更高的強度、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)、橋梁及交通運輸業(yè)有著更廣闊的應用前景，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].昆明理工大學學報(理工版)，2006， 31 (6) :32-35.)。多孔鐵還是近來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.超聲波對泡沫鐵結構的影響[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，利用活性物質對汽車尾氣進行 催化轉化后排放([5]陳紅輝，朱愛平，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.)。但陶瓷芯體存在機械強度低、脆性大、導熱性能較差等 缺點。泡沫態(tài)多孔鐵具有價格便宜、比表面積大、抗壓強度高、熱膨脹系數(shù)低、熱穩(wěn)定性好等 特點，更適合用于汽車尾氣凈化領域([5]陳紅輝，朱愛平，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，適當選取不同初始密度的多孔鐵樣品，可使鐵的實驗沖擊壓縮點趨近地核 密度壓縮線，這對于界定地核條件下鐵相變等結構進化特征具有直接的應用意義([6]張 岱宇，劉福生，薛學東.用精密示波器測量多孔鐵沖擊高壓實驗[J].實驗科學與技術， 2006,6 25-27.)。從所閱文獻來看，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].昆明理工大學學報(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.超聲波對泡沫鐵結構的影響[J].電鍍與環(huán)保，2009，29 (3) 15-17；[5] 陳紅輝，朱愛平，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)明則是采用有機泡沫浸漿干燥燒結工藝，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的宏孔(肉眼可視的宏觀孔隙)，即宏孔構成多孔 體的主孔。

發(fā)明內容
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。 制備方法采用有機泡沫基體浸漿干燥燒結工藝，選用金屬鐵粉和無毒黏結劑配制料漿，選 用聚氨酯泡沫為有機基體。本發(fā)明的宏觀網(wǎng)狀多孔鐵材料，在一定程度上“翻版” 了有機泡沫塑料的形態(tài)，其 特征在于通過有機泡沫基體浸漿干燥，在真空環(huán)境下熱分解有機物并實現(xiàn)鐵粉燒結，最后 形成網(wǎng)狀結構的多孔體，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，存在著尺寸遠小于主孔的 微孔。本發(fā)明使用的無毒黏結劑由甲基纖維素與去離子水配制，兩者的質量配比為 1 5 1 15;本發(fā)明提供的有機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)定燒結爐應保持真空度不低于10_2Pa的水 平。本發(fā)明制備的多孔鐵結構具有下述特征和優(yōu)點1)本發(fā)明的多孔鐵呈宏觀網(wǎng)狀結構，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泡沫基 體的結構形態(tài)。有機泡沫材料的制造工藝成熟、可調性強、孔結構可控性好，品種豐富。因 此，在本工藝選用多孔基體時，可供選擇性強，較易獲得所需結構指標的備用體。3)本發(fā)明的制備方法操作方便，設備簡單，實用性強。


圖1本發(fā)明多孔鐵宏觀形貌的低倍掃描電子顯微照片，顯示了多孔結構中肉眼可 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 著少量的尺寸遠小于主孔的微孔。
具體實施例方式實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的上述黏結劑配制成料漿，攪拌均勻。 然后用聚氨酯通孔泡沫塊體進行浸漿處理，將處理過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的時間升溫至160°C，保溫30min，持續(xù)抽真空最后達到最小壓力為3 X 10_3Pa。然后 以80min的時間將爐溫由160°C直接提高到1100°C，接著以30min的時間將爐溫由1100°C 提高到1160°C，在1160°C保溫2h，完成后關機使系統(tǒng)隨爐冷卻。整個過程保持真空狀態(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)狀結構(參 見圖1)，孔隙尺度為0. 5 2. 0mm，孔隙之間相互連通。經電鏡顯微分析，上述孔隙的孔棱 上還存在著少量尺度為微米量級的微孔(參見圖2)。
權利要求
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泡沫基體浸漿干燥燒結工藝，該工藝方法的特征在于所用有機泡沫為聚氨酯泡沫體，漿料由鐵粉、甲基纖維素和水組成，用水調節(jié)黏度，有機泡沫基體浸漿后先經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結構的預制體，然后置于真空爐中燒結。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于鐵粉無需預處理，料漿配制的甲基纖 維素與水的質量比為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，產品的孔隙主要是構成宏觀網(wǎng)狀結構且尺寸為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泡沫材料為基體，采用浸漿干燥燒結法制備而成，燒結溫度在1100～1400℃之間。其中料漿由金屬鐵粉和無毒性有機黏結劑組成，黏度用水調節(jié)。
文檔編號C22C33/02GK101876021SQ20091025966
公開日2010年11月3日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權日2009年12月22日
發(fā)明者劉培生, 崔光, 羅軍, 陳一鳴 申請人:北京師范大學