多孔预制体及其制备方法以及泡沫金属及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔预制体的制备方法，包括以下步骤：S100，将无机盐颗粒堆放于底端封闭的容器中形成无机盐颗粒堆积体；S200，采用紧实方法使得所述无机盐颗粒堆积体在所述容器中具有初步的紧实度；S300，在所述无机盐颗粒堆积体上方施加向下的1MPa～10MPa的恒定压力，以5℃～20℃的加热速率将装有所述无机盐颗粒堆积体的所述容器升温至0.2Tm～0.8Tm并保温；S400，保温1h～8h，使所述无机盐颗粒发生蠕变并产生形变。本发明专利技术还公开了一种多孔预制体。本发明专利技术还公开了一种泡沫金属的制备方法。本发明专利技术还公开了一种泡沫金属。

Porous preform and preparation method and foam metal and preparation method thereof

【技术实现步骤摘要】
多孔预制体及其制备方法以及泡沫金属及其制备方法
本专利技术涉及泡沫金属
，特别是涉及一种多孔预制体及其制备方法以及泡沫金属及其制备方法。
技术介绍
自然界中存在木材和软木等蜂窝状结构，以及骨骼、植物薄壁组织和海绵等泡沫状结构，这些多孔结构质量轻、机械性能优异，满足生物所需的承载要求。受到这些天然形成的多孔材料的启发，人们将多孔结构引入到金属材料中，制备出了多孔金属，来使金属材料满足性能需求的同时还能减轻重量，从而进一步扩大了金属材料的应用范围。泡沫金属中的孔隙为功能相，使其不仅保留了金属的结构材料特性，还具有吸能、减震、吸声、电磁屏蔽、隔热或散热等功能材料特点，可用作轻量化制造、能量吸收器、减震缓冲、电磁屏蔽器等，因此泡沫铝在航空航天、汽车、石油化工、建筑等领域具有广阔的应用前景。按照泡孔之间是否连通，泡沫金属可分为闭孔和开孔两大类。闭孔泡沫金属的泡孔之间不连通，因其良好的力学性能而主要被用做吸能、减震等结构材料；开孔泡沫金属中的泡孔之间相互连通，不仅拥有良好的力学性能而被用做结构材料，还因相互连通的泡孔而被用于高温过滤、吸声、散热等功能材料。因此，开孔泡沫金属应用前景良好，受到广泛的关注。开孔泡沫金属制备方法主要有熔模铸造法、颗粒渗流法、粉末冶金法、沉积法等，其中粉末冶金法和沉积法成本较高，难以大尺寸批量生产；熔模铸造法工艺相对繁琐，流程较长。相比较而言，颗粒渗流法由于工艺过程相对简单、成本低廉、泡孔结构可控性强而受到最为广泛的应用。颗粒渗流法制备开孔泡沫金属可以分为以下三个步骤：(1)多孔预制体的制备；(2)金属液在多孔预制体中的渗流与凝固；(3)多孔预制体的去除，得到开孔泡沫金属。颗粒渗流法中，多孔预制体一般由耐高温、易脱除的无机盐颗粒堆积而成，颗粒在模具中形成稳定的堆积之后，即可形成预制体，可见预制体制作过程相对简单，极大地简化了泡沫金属制备工程，降低了制作成本，非常适合大批量工业化生产。但是，这种工艺也有一些固有的缺点：首先，泡沫金属的孔隙率近似等于多孔预制体的堆积率，但受颗粒堆积率的限制，通常这种方法制备出来的泡沫金属的孔隙率不超过70％；另外，泡沫金属泡孔之间的连接通道源于预制体颗粒之间的接触面，然而由于颗粒与颗粒之间的接触面积有限，导致最终泡沫金属的开孔程度较差，流阻较大，一方面限制了它的功能化应用，另一方面导致盐粒脱除困难，未除尽的盐粒会对基体造成严重的腐蚀，这些因素都大大限制了其轻量化及功能化应用。通常，在颗粒渗流法中，为提高开孔泡沫金属的孔隙率与开孔程度，采用多种方法提高多孔预制体的孔隙率。例如：(A)振动紧实，在颗粒堆积过程中，通过施加一定振动，来改善颗粒堆积方式，增加颗粒紧实度，但改善效果有限，堆积率提高一般不超过5％。(B)颗粒表面处理，将粘结剂喷洒在颗粒表面，使得颗粒之间相互搭接，从而提高预制体堆积率，但颗粒之间粘结难以控制，极易造成预制体局部溶在一起，造成最终泡沫金属出现局部缺陷。(C)人工造粒，通过机械或手工并按照一定配方造出质软颗粒，从而提高颗粒可压缩性，但是这种方式耗时、造粒效率过低。综上所述，针对颗粒渗流法制备的开孔泡沫金属孔隙率不高和开孔程度差的问题，目前还没得到有效地解决，从而限制了这种方法的大规模工业化应用。
技术实现思路
基于此，针对开孔泡沫金属的颗粒渗流法制备，有必要提供一种更加简单有效地提高开孔泡沫金属孔隙率和开孔程度的多孔预制体及其制备方法以及泡沫金属及其制备方法。一种多孔预制体的制备方法，包括以下步骤：S100，将无机盐颗粒堆放于底端封闭的容器中形成无机盐颗粒堆积体；S200，采用紧实方法使得所述无机盐颗粒堆积体在所述容器中具有初步的紧实度；S300，在所述无机盐颗粒堆积体上方施加向下的1MPa～10MPa的恒定压力，以5℃～20℃的加热速率将装有所述无机盐颗粒堆积体的所述容器升温至0.2Tm～0.8Tm并保温；S400，保温1h～8h，使所述无机盐颗粒发生蠕变并产生形变。在其中一个实施例中，所述紧实方法为振动紧实和压力紧实中的至少一种。在其中一个实施例中，所述无机盐颗粒选自氯化钠、氯化钙、氯化钾、硫酸镁、碳酸钠及碳酸钾中的一种或多种。在其中一个实施例中，所述无机盐颗粒为氯化钠颗粒，步骤S300中，施加的所述恒定压力为8MPa～10MPa，所述加热速率为15℃～20℃，升温至580℃～630℃，步骤S400的保温时间为8h～10h。在其中一个实施例中，所述无机盐颗粒为氯化钙颗粒，步骤S300中，施加的所述恒定压力为1MPa～2MPa，所述加热速率为5℃～10℃，升温至500℃～550℃，步骤S400的保温时间为1h～2h。在其中一个实施例中，所述无机盐颗粒为氯化钾颗粒，步骤S300中，施加的所述恒定压力为3MPa～5MPa，所述加热速率为10℃～15℃，升温至480℃～530℃，步骤S400的保温时间为1h～2h。在其中一个实施例中，所述无机盐颗粒中包括至少两种不同粒径的所述无机盐颗粒，所述至少两种不同粒径的所述无机盐颗粒包括第一无机盐颗粒和第二无机盐颗粒，所述第一无机盐颗粒的粒径大于所述第二无机盐颗粒的粒径，所述第一无机盐颗粒的粒径与所述第二无机盐颗粒的粒径比为1:2～1:10。在其中一个实施例中，步骤S100中的所述底端密封的容器包括两端开口的中空柱形筒以及可拆卸的封闭于所述中空柱形筒的底端的下压头；步骤S300中的在所述无机盐颗粒堆积体上方施加向下的1MPa～10MPa的恒定压力为在所述中空柱形筒的顶端封闭上压头，使所述上压头压在所述无机盐颗粒堆积体上以提供所述恒定压力。一种所述的多孔预制体的制备方法制备得到的多孔预制体，所述多孔预制体能够制备得到孔隙率为80％～95％、主孔径为0.5mm～5mm、连通孔孔径为0.2mm～3mm的开孔泡沫金属。一种泡沫金属的制备方法，包括以下步骤：S100，提供所述的多孔预制体的制备方法制备得到的多孔预制体或者所述的多孔预制体多孔预制体；S200，将所述多孔预制体置于渗流模具中，向所述渗流模具中浇注液态金属，使所述液态金属穿过所述多孔预制体的间隙渗流至所述多孔预制体中；S300，对所述液态金属进行冷却，使所述液态金属凝固，得到金属无机盐复合体；以及S400，用溶剂对所述金属无机盐复合体进行处理，使所述无机盐颗粒溶解而除去。在其中一个实施例中，步骤S200中，所述渗流模具中的温度为680℃～720℃，压力为0.08atm～0.12atm。一种所述的泡沫金属的制备方法制备得到的泡沫金属，所述泡沫金属的孔隙率为80％～95％、主孔径为0.5mm～5mm、连通孔孔径为0.2mm～3mm。本专利技术的多孔预制体的制备方法，对压力、温度、时间进行控制，通过调控三个参数的数值，使压力、温度和时间达到平衡，从而使无机盐颗粒发生蠕变而变形，无机盐颗粒在蠕变过程中发生分子重组，在压力的作用下发生形变，从而改变无机盐颗粒的排布，减小无机盐颗粒之间的间隙，提高无机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔预制体的制备方法，包括以下步骤：/nS100，将无机盐颗粒堆放于底端封闭的容器中形成无机盐颗粒堆积体；/nS200，采用紧实方法使得所述无机盐颗粒堆积体在所述容器中具有初步的紧实度；/nS300，在所述无机盐颗粒堆积体上方施加向下的1MPa～10MPa的恒定压力，以5℃～20℃的加热速率将装有所述无机盐颗粒堆积体的所述容器升温至0.2Tm～0.8Tm并保温；/nS400，保温1h～8h，使所述无机盐颗粒发生蠕变并产生形变。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔预制体的制备方法，包括以下步骤：
S100，将无机盐颗粒堆放于底端封闭的容器中形成无机盐颗粒堆积体；
S200，采用紧实方法使得所述无机盐颗粒堆积体在所述容器中具有初步的紧实度；
S300，在所述无机盐颗粒堆积体上方施加向下的1MPa～10MPa的恒定压力，以5℃～20℃的加热速率将装有所述无机盐颗粒堆积体的所述容器升温至0.2Tm～0.8Tm并保温；
S400，保温1h～8h，使所述无机盐颗粒发生蠕变并产生形变。


2.根据权利要求1所述的多孔预制体的制备方法，其特征在于，所述紧实方法为振动紧实和压力紧实中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的多孔预制体的制备方法，其特征在于，所述无机盐颗粒选自氯化钠、氯化钙、氯化钾、硫酸镁、碳酸钠及碳酸钾中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的多孔预制体的制备方法，其特征在于，所述无机盐颗粒为氯化钠颗粒，步骤S300中，施加的所述恒定压力为8MPa～10MPa，所述加热速率为15℃～20℃，升温至580℃～630℃，步骤S400的保温时间为8h～10h。


5.根据权利要求1所述的多孔预制体的制备方法，其特征在于，所述无机盐颗粒为氯化钙颗粒，步骤S300中，施加的所述恒定压力为1MPa～2MPa，所述加热速率为5℃～10℃，升温至500℃～550℃，步骤S400的保温时间为1h～2h。


6.根据权利要求1所述的多孔预制体的制备方法，其特征在于，所述无机盐颗粒为氯化钾颗粒，步骤S300中，施加的所述恒定压力为3MPa～5MPa，所述加热速率为10℃～15℃，升温至480℃～530℃，步骤S400的保温时间为1h～2h。


7.根据权利要求1-6任一项所述的多孔预制体的制备方法，其特征在于，所述无机盐颗粒中包括至少两种不同粒径的所述无机盐颗粒，所述至少两种不同粒径的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘源，万坦，陈祥，张华伟，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11