一种规则多孔金属材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种规则多孔金属材料及其制备方法和应用。该规则多孔金属材料包括若干金属单元胞体，所述金属单元胞体为空心的多面体，且相邻两两所述金属单元胞体阵列叠加连接为一体。规则多孔金属材料制备方法包括制备金属单元胞体的步骤和将金属单元胞体阵列叠加连接的步骤。本发明专利技术规则多孔金属材料中的空心多面体金属单元胞体赋予了其多孔金属材料特性。更重要的是，该空心多面体金属单元胞体连接为一体，使得该多孔金属材料的孔隙尺寸和分布均匀，为规则多孔金属材料，从而使得其具有更加优异的冲击能量吸收能力、阻尼减振能力、声学性能、电磁屏蔽性能、隔热性和机械性能等，而且成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种规则多孔金属材料及其制备方法与应用
本专利技术属于多孔材料
，特别涉及一种规则多孔金属材料及其制备方法与应用。
技术介绍
多孔金属材料是一种在金属或金属合金基体中分布着大量连通或不连通孔洞的新型轻质多功能材料，它兼有连续金属相和分散气体相的特点，具有很多优良性能，近年来是材料学领域发展的热点之一。常用多孔金属材料的材质有铝、青铜、镍、钛、不锈钢，以及其他金属及其合金。根据单元胞体之间的连通性，可分为闭孔和通孔两种结构，前者含有大量独立存在的孔洞，后者则是连续畅通的三维多孔结构。根据单元胞体排列的规则性，分为规则多孔金属和非规则多孔金属，而非规则多孔金属通常又被称为多孔泡沫。由于独特的结构特性，多孔金属材料具有许多优良的性能：(1)具有高的比强度和比刚度，力学性能呈现稳定的各向同性。(2)具有很高的阻尼减振和冲击能量吸收能力。将泡沫金属垫在振动部位的接合部时，利用多孔金属材料的弹性变形可吸收一部分机械冲击能。(3)优异的声学性能。当受到声波作用时，多孔金属泡孔内空气在声波作用下产生周期性的震动而与孔壁摩擦，形成摩擦热。另外，孔道中的空气在声波的作用下还会发生压缩-膨胀变形，在此过程中也有一部分声能变为热能，这种能量转换是不可逆的，对消声起主导作用。其次多孔金属材料本身也会在声波作用下产生弹性震动，消耗一部分声能。(4)优良的电磁屏蔽性能。多孔金属材料是近年来兴起的一种新型电磁屏蔽材料，比传统网材拥有更高的屏蔽性能，能满足理想的精密仪器和设备的屏蔽需求。在100～1000MHz频率范围内，泡沫铝的表现更加突出，且频率对电磁屏蔽性能的影响并不是很大。而且随着孔隙率的增加和孔径的增大，其电磁屏蔽能力下降。(5)优良的隔热性能。多孔金属的熔点、比热和热膨胀系数与基体金属一致，但导热系数很低，且随着相对密度的减小呈指数下降趋势，具有优良的隔热性能。由于多孔金属材料具有诸多的优越性能，因此在国民经济建设和国防高科技等诸多领域有着广泛的应用前景，尤其是在汽车、航空航天、船舶、铁道机车、精密机械、精密电子、建筑等行业的应用越来越广泛。目前制备多孔金属材料有如下方法：第一种是将金属粉末或混合金属粉末与金属粉末质量0.5～5％的发泡剂TiH2混合，在真空度大于5×10-3Pa，温度500～550℃，保温2～4小时下发泡，在600～1800℃烧结2～6小时，并轧制成形板材。第二种是采用挤出机成型的制备方法，将粘结剂和金属粉末加温混炼，粘结剂可以使喂料便于挤出成型。通过挤出机成型植丝，然后针对粘合剂进行脱脂，利用熔点不同的原理，熔化植丝，从而形成小孔。第三种是将微米级金属粉末、水及有机粘接剂混合并进行充分搅拌后得到金属浆料，将有机通孔海绵浸入到上述浆料中，获得浸浆多孔体，并对浸浆多孔体进行干燥。在浸浆多孔体的连通空隙间充入陶瓷颗粒，利用机械振动使颗粒充填紧密，在气氛保护炉或真空炉中加热使有机物脱除，再进行烧结，除去陶瓷颗粒。干燥后再进行第二次烧结。第四种是以金属氧化物粉末为原料，采用常规方法添加造孔剂后经压制和烧结制备的金属坯料，以金属坯料为阴极，石墨为阳极，CaCl2为电解质，在氩气保护条件下熔盐电解4～30h，得到多孔金属制品。第五种是采用SLM快速成型法。以上这些多孔金属材料的制备方法存在以下问题：A.制备的多孔金属材料的孔形、孔径、孔隙等要素不易控制而导致组织不均匀，严重影响其性能，都属于非规则多孔金属材料；B.上述制备工艺主要是针对泡沫铝的，针对性强，不适合于其他多孔金属材料的制备；C.目前多孔金属材料(主要是泡沫铝)的制备方法虽然较多，但制备工艺都比较复杂，成本都比较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种规则多孔金属材料及其制备方法。旨在解决现有制备多孔金属材料孔隙尺寸和分布不均匀、其制备方法难控制多孔金属材料孔隙的尺寸和分布、且工艺复杂、成本高的技术问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：一种规则多孔金属材料，包括若干金属单元胞体，所述金属单元胞体为空心的多面体，且相邻两两所述金属单元胞体阵列叠加连接为一体。以及，一种规则多孔金属材料的制备方法，包括如下步骤：制备上述的金属单元胞体，且所述金属单元胞体为空心的多面体；将所述金属单元胞体沿三维空间方向进行阵列叠加连接为一体。以及，上述规则多孔金属材料在航空航天、高铁、汽车吸能设备，船舶、航空航天、建筑声学设备，隔热、电磁屏蔽设备和精密机床以及仪表设备领域中的应用。与现有技术相比，上述规则多孔金属材料中的空心多面体金属单元胞体赋予了其多孔金属材料特性。更重要的是，该空心多面体金属单元胞体连接为一体，使得该规则多孔金属材料的孔隙尺寸和分布均匀，从而使得其具有更加优异的冲击能量吸收能力、阻尼减振能力、声学性能、电磁屏蔽性能、隔热性能机械性能等。上述规则多孔金属材料制备方法采用先制备空心多面体金属单元胞体，然后将该空心多面体金属单元胞体进行阵列叠加连接为一体，使得该规则多孔金属材料的孔隙分布均匀，一致性高。又由于该空心多面体金属单元胞体的空腔体大小可控，从而使得该规则多孔金属材料的孔隙大小可控，且均匀。另外，该方法可以方便选用多种金属材料为原料进行制备，其适应性广，而且其工艺简单，使其生产效率高，有效降低了其生产成本。其次，该空心多面体金属单元胞体可被制成不同结构和尺寸，因此可根据实际应用来制备不同规格的规则多孔金属材料，满足不同的需求。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术实施例正方体金属单元胞体的展开示意图(或裁剪图)；图2为本专利技术实施例的正方体金属单元胞体结构示意图；图3a为本专利技术实施例由图2所示的正方体金属单元胞体阵列叠加形成的规则多孔金属材料结构示意图；图3b为图3a所示的规则多孔金属材料A处的局部放大图；图4为本专利技术实施例Kelvin十四面体金属单元胞体的展开示意图；图5为本专利技术实施例半Kelvin十四面体结构示意图；其中，图5a为上半Kelvin十四面体结构示意图；图5b为与上半Kelvin十四面体相对应的下半Kelvin十四面体结构示意图；图6为本专利技术实施的Kelvin十四面体金属单元胞体结构示意图；图7为本专利技术实施例由图6所示的Kelvin十四面体金属单元胞体阵列叠加形成的规则多孔金属材料结构示意图；图8为图7所示的规则多孔金属材料B处的局部放大图，其中，Kelvin十四面体金属单元胞体是按照正交排列叠加连接；图9为图7所示的规则多孔金属材料B处的局部放大图，其中，Kelvin十四面体金属单元胞体是按照交错排列叠加连接；图10为制备含正方体金属单元胞体的规则多孔金属材料制备方法工艺流程示意图；图11为制备含Kelvin十四面体金属单元胞体的规则多孔金属材料制备方法工艺流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例与附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供了一种孔隙尺寸和分布均匀的规则多孔金属材料2，其结构如图2、图3、图6-9所示。该规则多孔金属材料2包括若干金属单元胞体1，该金属单元胞体1为空心的多面体，且相邻两两所述金属单元胞体1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种规则多孔金属材料，包括若干金属单元胞体，所述金属单元胞体为空心的多面体，且相邻两两所述金属单元胞体阵列叠加连接为一体。

【技术特征摘要】
1.一种规则多孔金属材料，包括若干金属单元胞体，所述金属单元胞体为空心的多面体，且相邻两两所述金属单元胞体阵列叠加连接为一体；所述规则多孔金属材料是按照如下方法制备获得：制备所述金属单元胞体，且所述金属单元胞体为空心的多面体；将所述金属单元胞体沿三维空间方向进行阵列叠加连接为一体；所述金属单元胞体体积为立方毫米级；和所述金属单元胞体的壁厚为毫米级。2.根据权利要求1所述的规则多孔金属材料，其特征在于：所述金属单元胞体为空间结构和尺寸相同的多面体。3.根据权利要求1或2所述的规则多孔金属材料，其特征在于：所述金属单元胞体为正四面体或Kelvin十四面体。4.根据权利要求1或2所述的规则多孔金属材料，其特征在于：所述金属单元胞体为Kelvin十四面体，且若干所述金属单元胞体是正交排列或交错排列连接为一体。5.一种规则多孔金属材料的制备方法，包括如下步骤：制备如权利要求1-4中任一所述的金属单元胞体，且所述金属单元胞体为空心的多面体；将所述金属单元胞体沿三维空间方向进行阵列叠加连接为一体。6.根据权利要求5所述的规则多孔金属材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：何凯，李赳华，党晓兵，杜如虚，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44