三维通孔或部分孔洞彼此相连多孔金属泡沫及其制备方法技术

一种过滤粉尘与微粒、具有三维通孔结构或部分孔洞彼此相连的多孔泡沫金属材料及其制备方法。先将一种或多种粒径在１～１００μｍ的金属或合金粉末均匀分散在含粘接剂的溶液中制成料浆，再将该浆液灌入通孔聚氨酯海绵泡沫中，经烘干、烧结得到三维通孔泡沫金属材料；也可将一种或多种金属或合金粉末直接冷等静压、与造孔材料混合后冷等静压或与粘接剂溶液混合后冷等静压三种成坯方法制成生坯，再把生坯在真空炉中烧结得多孔泡沫金属材料。该材料可以用来处理汽车尾气，也可过滤火电厂或冶金炉窑排放出来的含颗粒粉尘烟气及含微粒的冶金流体。

【技术实现步骤摘要】
专利说明 本专利技术涉及一种对粉尘或微粒起过滤作用的多孔金属泡沫材料及其制备方法。汽车排放的尾气及火电厂与冶金炉窑排放的烟气中，含有大量的诸如铅化物及碳烟等有害粉尘，以及一氧化碳，碳氢化合物，氮化物，二氧化硫等有害废气，这些有害的粉尘与废气已经对人类的生存环境造成了污染。对烟气的处理方法中，通常采用布袋收尘、电收尘及旋风收尘等干法或水膜、水浴及文丘里等湿法进行收尘。但常规收尘所处理的废气温度要求在500℃以下，并且，常规的收尘不能对废气起催化分解作用，更不能过滤与催化分解汽车尾气。为了处理汽车尾气，人们研究了含多种贵金属的催化剂及催化剂载体，催化剂载体通常有如下几种(1)颗粒状载体。一般颗粒状载体的主要成分是活性氧化铝(γ-Al2O3)，其特点是比表面积大(200～300mm2/g)、机械强度高(80N/粒)、价格低廉、装填容易，与活性组分的亲和性较好，但它的热容量与气阻均大，对发动机排气造成很大的影响，在高温腐蚀性气流的冲刷下磨损很快，因此颗粒状载体目前已趋于淘汰；(2)以蜂窝状堇青石为代表的蜂窝状陶瓷载体。该载体具有比表面积大、耐热性好等优点，但是它有热量大、热导率低的致命缺陷，难以在短时间内达到催化温度，由于汽车排放污染物的60％～80％来自汽车启动后的1～3min内，其净化作用相当有限，另外，它还有易碎、不能抗剪切、弯曲和拉伸的缺陷；(3)金属载体。金属载体具有较大的比表面积、强的耐震动性、快的起燃速度及小的背压等优点，但目前的金属载体一般是由波纹状金属箔与平板状金属箔叠在一起、卷制成的蜂窝状整体结构，这种结构不能满足对微粒的过滤性性能要求。现行硅热法炼镁工艺中，由于进入还原罐的球团表面不可避免地含有游离的粉尘，粉尘的主要成分为CaO、MgO及Si-Fe，其中最有害的是Si尘，Si尘进入镁蒸气冷凝区后，很容易发生生成Mg2Si，这种合金化的Mg2Si在粗镁精炼时很难除去，从而会导致金属镁品位的降低。因此，在真空热还原时进行粉尘的过滤意义重大，目前，热法炼镁厂还没有找到一种有效防止含Si粉尘进入结晶镁的办法。另一方面，热法炼镁的原料(白云石)中不可避免存在K、Na杂质，还原时K、Na将会被优先还原出来，如果它们进入真空管道中冷凝，在破真空时K、Na将会导致燃烧、甚至产生爆炸，目前工业上的K、Na捕集器不能完全避免其在真空管道中的冷凝。钛冶金过程中，粗TiCl4里经常会含有一定的固体悬浮物(如TiO2、SiO2、AlCl3、AlOCl、VOCl2等)，这些悬浮物必须过滤掉，目前工业上采用的是玻璃纤维布进行过滤，该过滤材料通常是一次性的，并且有些微粒还不能过滤干净；另外，在铝合金等合金材料铸造前，合金熔体一般也都经过一个过滤步骤，如现在工业上铝合金便大都采用纤维过滤布或陶瓷过滤板进行过滤，这些过滤材料均不能循环使用，并且还存在着陶瓷颗粒掉渣脱落二次污染合金熔体及有些微粒不能过滤干净等缺陷。针对汽车尾气及火电厂与冶金炉窑废气处理，针对硅热法炼镁中K、Na的捕集、含硅粉尘的过滤以及含颗粒溶液或冶金熔体(如粗TiCl4、铝合金熔体)的过滤中存在的问题，本专利技术提供一种在不同环境中具有抗腐蚀性能及良好过滤性能的具有三维通孔结构或部分孔洞彼此相连的多孔金属泡沫材料及其制备方法。该方法包括以下步骤(1)选用一种或一种以上粒径在1～100μm之间的金属或合金粉末，使其均匀分散在由粘接剂与分散剂配制成的粘接剂溶液中制成一定浓度的料浆，然后将该浆液灌入预处理后的通孔聚氨酯海绵泡沫中，经烘干后得到生坯，生坯在气氛保护下烧结，得空隙率在40～95％、孔径在0.5mm～3mm的三维通孔金属泡沫毛坯，毛坯可直接用于硅热法炼镁生产中，毛坯再进一步抗氧化处理后可用在汽车尾气的处理中。其中①金属或金属粉末是指Fe粉、Cr粉、Ni粉、Ti粉、W粉、Mo粉、Al粉、Cu粉、V粉、Nb粉、各种不锈钢粉及Cr2C3粉中的一种或几种；②分散剂由水，酒精，苯邻二甲酸，油酸、氨盐溶液，聚丙烯酰胺溶液，鱼油，丁基邻苯二酸盐，聚丙烯酸酯，聚丙烯酸胺中的至少一种组成；③粘接剂由聚乙烯乙酯、聚乙烯丁酯、聚乙烯乙醇、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟基丙基纤维素、聚丙烯酸中、丙烯树脂溶液、亚硫酸盐溶液、明胶及聚乙二醇中的至少一种组成；④粘接剂溶液由粘接剂与分散剂配制而成，其浓度为5％～50％；⑤通孔聚氨酯海绵泡沫的孔径范围为5ppi～50ppi，空隙率范围为40～97％；通孔聚氨酯海绵泡沫在1％～25％的NaOH或KOH溶液中浸渍0.5-10h；⑥料浆制备工艺为边搅拌边将金属或金属粉末均匀地加入到粘接剂溶液中制成料浆，搅拌时间为0.5～10h，料浆中金属或合金粉末的质量含量为40～80％；⑦通过对辊挤压的方式使将料浆浸入处理后的通孔聚氨酯海绵泡沫中，烘干即制得生坯前驱体；⑧生坯前驱体烧结前，用含氢化钛以及氢化锆、氧化铝、轻质氧化镁、石墨粉中的至少一种粉末作为填料来填实；⑨生坯烧结成毛坯的温度为1100℃～1400℃，烧结升温速率控制在0.5～10℃/min，烧结气氛至少包含了氮气、氩气及氢气中的一种，气体流量控制在0.1～10L/min；⑩毛坯的表面修饰至少包括了下列方法中的一种(a)化学镀镍处理，(b)在低氧含量气氛中进行轻度氧化处理，(c)表面渗铝处理。(2)将A、B两类粒径在1～100μm之间的金属或合金粉末混合均匀后直接冷等静压成生坯、或与一定量的造孔材料混合后冷等静压成生坯、或与一定量的粘接剂溶液充分混合后冷等静压成生坯，生坯再在真空炉中烧结，即可得空隙率在40～95％，孔径在0.5μm～1mm的三维通孔结构或部分孔洞彼此相连的多孔金属泡沫材料，该材料可用来过滤含微粒的酸性废水、粗TiCl4溶液及铝合金熔体等。其中①A、B两类金属或合金粉末分别是指Fe粉、Cr粉、Ni粉、Ti粉、W粉、Mo粉、Al粉、Cu粉、V粉、Nb粉、各种不锈钢粉及Cr2C3粉中的一种或几种；②造孔材料指的是尿素、碳铵、聚丙烯颗粒、石蜡颗粒中的至少一种，造孔材料的粒径在0.5μm～1mm之间；③粘接剂溶液的配制。从水，酒精，苯邻二甲酸，油酸、氨盐溶液，聚丙烯酰胺溶液，鱼油，丁基邻苯二酸盐，聚丙烯酸酯，聚丙烯酸胺中至少选择一种作为分散剂；从聚乙烯乙酯、聚乙烯丁酯、聚乙烯乙醇、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟基丙基纤维素、聚丙烯酸中、丙烯树脂溶液、亚硫酸盐溶液、明胶及聚乙二醇中至少选择一种作为粘接剂；将粘接剂溶解在分散剂中配置成浓度为5～50％的粘结剂溶液；④所谓直接冷等静压成型成生坯，指的是将所选定的A、B两类金属或合金粉末在圆桶混料器中混合1～10h后，直接在50～500Mpa压力下等静压成型；⑤含造孔材料生坯的制备，指的是将质量分数1～50％的造孔材料与A、B两类金属或合金粉末在圆桶混料器中混合1～10h后，再在50～500Mpa压力下冷等静压成型；⑥含粘接剂溶液生坯的制备，指的是将质量分数0.1～40％的粘接剂加到含A、B两类金属或合金的混合粉末中，然后在圆桶混料器中混合1～10h，再在50～500Mpa压力下冷等静压成型；⑦生坯的真空烧结温度为1100℃～1400℃，烧结真空度为10-3～10Pa。该泡沫材料可以用来过滤汽车尾气及火电厂与冶金炉窑废气中存在的固体颗粒，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有三维通孔结构的金属泡沫材料制备方法，其特征在于：将一种或一种以上粒径在１～１００μｍ之间的金属或合金粉末，在不断搅拌的情况下加到由粘接剂与分散剂配制成的浓度为５％～５０％粘接剂溶液中制成料浆，搅拌时间为０．５～１０ｈ，料浆中金属或合金粉末的质量含量为４０～８０％；然后将浆液灌入预处理后的通孔聚氨酯海绵泡沫中，经烘干得到生坯，用烧结填料填实，生坯在气氛保护下烧结，烧结温度为１１００℃～１４００℃，烧结升温速率为０．５～１０℃／ｍｉｎ，气体流量控制在０．１～１０Ｌ／ｍｉｎ，制得空隙率在４０～９５％、孔径在０．５ｍｍ～３ｍｍ的三维通孔金属泡沫毛坯。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周向阳，李劼，丁凤其，刘宏专，龙波，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]