烧结多孔体的生产方法技术

本发明专利技术涉及一种生产烧结多孔体的方法、使用该方法生产的烧结多孔体以及它们的用途。按照本发明专利技术的方法，生产出来的烧结多孔体性能得到改良，例如，表面积增加、室温下结构的可变形性或初始孔隙体积得到改进。为此，至少一种形成至少一种金属间相或混晶的烧结活性粉末被施加于多孔基体的表面。然后进行热处理，在此过程中可以形成增加比表面积的金属间相或混晶。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生产烧结多孔体的方法、使用该方法生产的烧结多孔体以及它们的应用。与本身已知的金属泡沫相比，这种类型的多孔体还可以在高温下使用，其使用温度甚至高达1800℃以上，这也是用作各种用途的过滤器或催化剂载体所需要的。另外，使用已知方法生产的泡沫或多孔体只能在有限程度上满足对可获得比表面积的需求，由于技术的原因，其生产也常常是昂贵的。这种类型的多孔体或者部件还希望用做轻质绝热部件，其中更高的温度范围和具有化学侵蚀性、促进腐蚀的环境条件常常阻止其应用。为了克服这些缺点，如何采用本身已知的PVD或CVD方法在泡沫镍的表面包覆铝化镍的方法已经被说明，例如在US5951791和US5967400中。然而，这些包覆方法限制了在多孔泡沫结构中可获得的透入深度，并伴随着相当大的成本，而且表面积的显著增大以及获得对应铝化镍层厚度所容许的沉积速率通常不能实现。因此，本专利技术的目的是提出一种生产烧结多孔体的方法，所述烧结多孔体的性能得到改善，例如，表面积增加、室温下结构的可变形性或初始孔隙容量的改进。这一目的是依照本专利技术采用具有权利要求1特征的方法实现的。本专利技术有益的实施方案和改进措施可以通过从属权利要求中所提到的特征实现。依照本专利技术的方法生产的烧结多孔体在表面区域具有金属间相或混晶，即还在孔隙结构内部；或者完全由这些金属间相或混晶形成。在前一种情况下，不必用金属间相或混晶包覆整个表面。一定的表面区域被选定并相应地以目标方式被修饰是可能的，它使得化学和物理性能也相应地局部受到影响。孔隙率基本上取决于同样在生产中使用的用来支撑形成金属间相或混晶的元素的多孔基体。为此，形成金属间相或混晶的元素被应用并引入到结构中，下文将作更详细的解释，相或者混晶通过热处理形成，同时，与用于各种情况的基本结构的初始尺寸相比，孔隙尺寸减小，但总有效表面积增大。多孔体的孔隙率范围为理论密度的70％到99.5％。金属间相或混晶可以由选自镍、铁、钛、钴、铝、铜、硅、钼或钨的至少两种元素形成。但是，优选的是铝化物或硅化物，特别优选的是铝化镍。例如，铝化镍可以形成在多孔镍基体结构上，镍基体结构形成一个延展性核心是可能的。这些元素可以作为粉末使用，然后与基体材料形成金属间相或混晶。但是，也可能使用含有形成这种类型的相或晶体的元素的粉末混合物。粉末混合物也可以另外含有用量最高20重量％的形成合金的元素(例如，Cr、Ta、Nb、Bi、Sn或Zn)。这些多孔体的表面积增大使它们能够达到更好的过滤效果，或者更便于与其他元素或材料一起用作催化剂，有可能借助一些本身已知的元素或材料，例如，铂或铑。增强的热稳定性也促进其应用于以前不可能的场合。如果另外还有增强组分结合进入多孔体或嵌入表面包覆层，强度和热性能可以进一步提高。这种类型的增强组分例如有SiC、ZrO2、Al2O3、TiB2和/或HfO2。这些组分可以与形成金属间相或混晶的组分在热处理之前一起使用，或者在生成金属间相或混晶的热处理过程之前、之间、之后经反应形成。用这种方法加入功能性组分也是可能的，例如影响氧化能力的组分。按本专利技术生产的多孔体可能具有单一的金属间相，或多于一种金属间相，或者一种或更多不同的混晶。生产中一个可能工序是将至少包含形成金属间相或混晶的烧结活性粉末的悬浮/分散体系应用于一种多孔基体。形成金属间相或混晶的反应随后可以在悬浮液中的粉末之间或粉末与基体结构之间进行。随后进行干燥，然后进行热处理，以形成至少一种金属间相或混晶形式，同时，比表面积可能增大。热处理总是在适于粉末或粉末混合物烧结的温度下进行。悬浮/分散体系可能另外包含有机和/或无机粘结剂。在使用包含一种有机粘结剂的悬浮/分散体系和/或包含一种有机多孔材料的基体的情况下，所述有机多孔材料例如三聚氰胺或PUR泡沫，这些有机组分应在热处理之前除去，这通过在不超过通常是低于750℃下暂时加热(高温分解)就很容易实现。特别地，包含形成金属间相元素(例如镍和铝)的烧结活性粉末或粉末混合物能够显著降低所需的烧结温度，使得含有实际上需要更高烧结温度元素的金属间相也能够在根据本专利技术生产的多孔体上得到。这样，为此目的所必需的温度可以降低到500℃，比实际需要的温度低几百度。这样烧结以及铝化钛的形成在只有大约500℃的温度下就可以进行。适用于此目的的这种类型的烧结活性粉末已经在DE4418598A1和DE19722416A1中描述，其完全公开内容并入本文作为参考。然而，这种类型的烧结活性粉末也可以通过改进研磨或包覆方式来获得。要使用的粉末方便地经过高能研磨处理，在此过程中，粉末或粉末混合物中的元素采用细小片状形式，且相的形成应避免。然而，这种类型的粉末或粉末混合物不进行悬浮/分散体制备也可以直接应用于多孔基体表面，并金属间相或混晶在热处理过程中也能形成而不必进行干燥。在这种情况下，其他情况也一样，表面能或界面张力的改变可能会起到促进作用。例如，这可以通过本身已知的物理化学过程来实现。例如，如果单独使用粉末，基体的静电充电可能是有益的。基体表面之间的界面张力可以改变，例如，通过一种能够加入到悬浮/分散体系中的合适的试剂。例如，这种试剂可能是表面活性剂，使用它可以改善润湿性。这样，特别的，如果使用一种金属多孔基体，例如镍或钼，就可以与铝或硅粉末形成金属间相。然而，基体也可以由与上文提到的合适粉末相应的其他金属形成。可是，也可能使用这种类型的粉末混合物至少是两种不同元素，优选利用悬浮/分散体，形成金属间相或混晶。初始粉末须经精细的研磨，尽可能在惰性气氛条件下(例如氩气)，以使得平均粒径(d50)小于0.15mm，优选小于0.05mm。为此目的，优选使用研磨过程中阻止大量相形成的高能研磨方法。基本上由水形成并含有用这种方法制备的烧结/活性粉末或粉末混合物的悬浮/分散体系，然后可以通过浸渍、喷淋或加压的方式涂布到多孔基体上。在后一种方式下，悬浮/分散体系可以被压入或吸过多孔基体。悬浮/分散体系也可能另外包含有机粘结剂。成品多孔体的密度和孔隙率可能受到影响，特别是由于粉末涂布的类型或方式。在多孔体的表面、接近表面的区域以及内部可能建立这些参数的梯度，其中产生不同密度、孔隙大小和/或孔隙率。这样，例如，基体孔隙可能至少部分地被粉末或粉末混合物所填充，然后形成金属间相或混晶。然后，也可能在孔隙中形成增加比表面积的多孔颗粒。为了涂布于多孔基体，粉末或粉末混合物的附着力也可以得到提高。这使得损耗得以减少。对于此目的有很多种可能的方法。例如，磁化可以借助于相应适合的永磁体或电磁体进行。这种类型的磁化这里可以在材料具有铁磁性的多孔基体上进行，例如，在一种由镍制成的多孔基体中的情况。然而粉末或粉末混合物的磁化也可以用同样的方式产生同样的效果，在这种情况下，粉末中至少有一种组分具有这种类型的铁磁性。当然可能将基体和粉末都相应磁化，使引力进一步增加，相应地在烧结前确保提高粉末的附着力。然而，静电充电也能以类似的方式进行，其又可以仅在基体上、粉末上或粉末混合物上，或具有相反极性的二者上实现。但是，静电充电也可以在多孔基体、粉末或粉末混合物上进行，在这种情况下，没有关于制成铁磁性的要求，相反，由有机材料制成的多孔基体甚至可能以相应的方式进行静电充电。然而，形成金属间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产烧结多孔体的方法，其中，至少一种形成金属间相或混晶的烧结活性粉末被施加于多孔基体表面上，随后进行热处理，在热处理过程中形成增加比表面积的金属间相或混晶。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A贝赫姆，H格赫勒，D诺曼恩，
申请(专利权)人：英科有限公司，弗劳恩霍弗实用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]