一種內(nèi)徑可控泡沫金屬的制備方法
【專利摘要】一種內(nèi)徑可控泡沫金屬的制備方法，屬于新型結(jié)構(gòu)與功能材料一體化制備領(lǐng)域。其主要步驟是：(1)預(yù)處理工藝：清洗、粗化和活化襯底；(2)化學(xué)鍍工藝；(3)制備空心球：將化學(xué)鍍得到的樣品置于強(qiáng)堿溶液中，移除襯底，獲得空心金屬球；清洗、過濾、液封保存；(4)燒結(jié)工藝：將金屬納米粉與空心金屬球交替鋪設(shè)，干燥，抽真空，通保護(hù)氣體，燒結(jié)溫度1200?1600℃，退火時(shí)間2?6h；空心金屬球與金屬納米粉質(zhì)量比為5％?30％。本方法通過控制粗化時(shí)間獲得粒徑不同的襯底顆粒，制備內(nèi)徑不同的空心金屬球。此工藝具有操作簡單、方便、經(jīng)濟(jì)及球殼內(nèi)徑可控等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于制備不同內(nèi)徑的泡沫金屬材料或梯度多功能材料。
【專利說明】
一種內(nèi)徑可控泡沬金屬的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于新型結(jié)構(gòu)與功能材料一體化制備領(lǐng)域，涉及襯底控時(shí)粗化、活化處理、化學(xué)鍍工藝及移除技術(shù)，以獲得不同內(nèi)徑的空心金屬球，再經(jīng)冷壓燒結(jié)制成塊體，特別涉及泡沫金屬或梯度多孔功能材料，適用于隔熱、電極、催化、減震、電磁屏蔽與生物醫(yī)學(xué)等各種高新技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]泡沫金屬是一種被廣泛研究的結(jié)構(gòu)功能一體化材料，具有良好的物理化學(xué)性能，如密度小、比表面積大、材料細(xì)微結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性及可優(yōu)化性好。其孔隙由球內(nèi)的密閉孔隙及球體間的間隙構(gòu)成，這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的力學(xué)、吸納、交換和復(fù)合等性能。被廣泛應(yīng)用于航天、航空、環(huán)保、能源以及生物醫(yī)藥等各種高新技術(shù)領(lǐng)域。
[0003]目前，制備泡沫金屬的方法有鑄造法、發(fā)泡法、燒結(jié)法與沉積法。其中，前三種工藝制備的泡沫金屬，具有孔隙分布及大小不均勻，力學(xué)性能不突出且離散性大等缺點(diǎn);沉積法中的電化學(xué)法，由于襯底局限于導(dǎo)電材料，并受到極限電流密度的限制，因此沉積速度較慢，生產(chǎn)效率低，成本較高。然而，化學(xué)鍍工藝不僅可以在金屬襯底上(鐵、不銹鋼、鋁、銅等)還可以在非金屬襯底上(陶瓷、玻璃、金剛石、碳片、塑料、樹脂等)沉積金屬層(如鎳、鐵、銅、金、鉛等)。無需外加電源、不存在電力線分布不均勻的影響，沉積的鍍層均勻、致密、孔隙少、硬度高、具有極好的物理和化學(xué)性能。
[0004]本發(fā)明將控時(shí)粗化處理、化學(xué)鍍工藝及襯底移除技術(shù)結(jié)合起來，獲得內(nèi)徑可控的金屬空心球單體。然后將單體空心球與對應(yīng)的金屬納米粒子混合，冷壓燒結(jié)成形獲得泡沫金屬塊體。首先，通過控制不同的粗化時(shí)間，得到不同粒徑顆粒狀襯底(如硅膠干燥劑，二氧化硅，硅)；其次，利用化學(xué)鍍在非金屬顆粒襯底上制備金屬層；最后利用強(qiáng)堿溶液去除襯底，獲得中空結(jié)構(gòu)的金屬球。襯底大小(即金屬球內(nèi)徑)由粗化時(shí)間決定，球殼厚度由化學(xué)鍍的沉積時(shí)間決定。所以，此工藝具有操作簡單、方便、經(jīng)濟(jì)及球殼內(nèi)徑可控等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于制備不同內(nèi)徑的泡沫金屬材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供了一種將控時(shí)粗化處理、化學(xué)鍍、襯底移除技術(shù)及冷壓燒結(jié)結(jié)合起來，獲得泡沫金屬塊體的工藝。并使其應(yīng)用于各種高新技術(shù)領(lǐng)域。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0007]—種內(nèi)徑可控泡沫金屬的制備方法，步驟如下:
[0008](I)預(yù)處理工藝
[0009]A.依次用丙酮、乙醇及去離子水清洗襯底，過濾并烘干；所述的襯底為硅膠干燥劑、二氧化硅或硅；
[0010]B.襯底與粗化劑分別水浴加熱至50°C，將其混合，保持溫度50°C，粗化時(shí)間1-5min;結(jié)束后，用去離子水清洗、氨水中和、再用去離子水清洗，過濾并烘干；
[0011]C.將活化液加入步驟B得到的粗化襯底中，活化時(shí)間5-10min，攪拌至其均勻，過濾并烘干，得到活化襯底；
[0012](2)化學(xué)鍍工藝
[0013]D.將鍍液放入恒溫水浴鍋中，加熱至所需溫度;將步驟C得到的活化襯底置于鍍液中卜^^，再用去離子水與乙醇溶液反復(fù)清洗，過濾并低溫烘干，目的是為了防止升溫過快、溫度過高而弓I起薄膜脫落；
[0014](3)制備空心球
[0015]E.將步驟D得到的樣品置于強(qiáng)堿溶液中，移除襯底，獲得空心金屬球;將空心金屬球用去離子水與乙醇溶液反復(fù)清洗、過濾，并液封保存；
[0016](4)燒結(jié)工藝
[0017]F.將金屬納米粉與空心金屬球交替鋪設(shè)，干燥，抽真空，通保護(hù)氣體，燒結(jié)溫度1200-1600°C，退火時(shí)間2-6h;空心金屬球與金屬納米粉質(zhì)量比為5%-30%。
[0018]本發(fā)明的有益效果:可以通過控制粗化時(shí)間獲得粒徑不同的襯底顆粒進(jìn)而制備內(nèi)徑不同的空心金屬球，無需購買不同粒徑的顆粒襯底。此工藝具有操作簡單、方便、經(jīng)濟(jì)及球殼內(nèi)徑可控等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于制備不同內(nèi)徑的泡沫金屬材料或梯度多功能材料。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合技術(shù)方案，進(jìn)一步說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0020]實(shí)施例1:
[0021](I)預(yù)處理工藝
[0022]A.依次用丙酮、乙醇及去離子水清洗硅膠干燥劑，過濾并烘干；
[0023]B.把硅膠干燥劑和粗化劑分別水浴加熱至50°C，將其混合，保持溫度50°C，粗化時(shí)間3min;結(jié)束后，用去離子水清洗、氨水中和、再用去離子水清洗，過濾并烘干；
[0024]C.將活化液加入步驟B得到的粗化襯底中，活化時(shí)間5min，攪拌至均勻，過濾并烘干，得到活化襯底；
[0025](2)化學(xué)鍍工藝
[0026]D.將鍍鎳液放入恒溫水浴鍋中，加熱至88-92°C ;將步驟C得到的活化襯底置于鍍鎳液中3min，再用去離子水與乙醇溶液反復(fù)清洗，過濾并低溫烘干，目的是為了防止升溫過快、溫度過高而弓I起薄膜脫落；
[0027](3)制備空心球
[0028]E.將步驟D得到的樣品置于強(qiáng)堿溶液中，移除襯底，獲得空心鎳球;將空心鎳球用去離子水與乙醇溶液反復(fù)清洗、過濾，并液封保存；
[0029](4)燒結(jié)工藝
[0030]F.將納米鎳粉與空心鎳球交替鋪設(shè)，干燥，抽真空，通氮?dú)?，燒結(jié)溫度13000C，退火時(shí)間5h;空心鎳球與納米鎳粉質(zhì)量比為15 %。
[0031]實(shí)施例2:
[0032](I)預(yù)處理工藝
[0033]A.依次用丙酮、乙醇及去離子水清洗二氧化硅，過濾并烘干；
[0034]B.把二氧化硅和粗化劑分別水浴加熱至500C，將其混合，保持溫度50 V，粗化時(shí)間4min;結(jié)束后，用去離子水清洗、氨水中和、再用去離子水清洗，過濾并烘干；
[0035]C.將活化液加入步驟B得到的粗化襯底中，活化時(shí)間8min，攪拌至均勻，過濾并烘干，得到活化襯底；
[0036](2)化學(xué)鍍工藝
[0037]D.將鍍鐵液放入恒溫水浴鍋中，加熱至48-52°C ;將步驟C得到的活化襯底置于鍍鐵液中5min，再用去離子水與乙醇溶液反復(fù)清洗，過濾并低溫烘干，目的是為了防止升溫過快、溫度過高而弓I起薄膜脫落；
[0038](3)制備空心球
[0039]E.將步驟D得到的樣品置于強(qiáng)堿溶液中，移除襯底，獲得空心鐵球；用去離子水與乙醇溶液反復(fù)清洗、過濾，并液封保存；
[0040](4)燒結(jié)工藝
[0041 ] F.將納米鐵粉與空心鐵球交替鋪設(shè)，干燥，抽真空，通氬氣，燒結(jié)溫度14000C，退火時(shí)間6h;空心鐵球與納米鐵粉質(zhì)量比為20%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種內(nèi)徑可控泡沫金屬的制備方法，其特征在于，步驟如下: (1)預(yù)處理工藝 A.依次用丙酮、乙醇及去離子水清洗襯底，過濾并烘干； B.襯底與粗化劑分別水浴加熱至50°C，混合，保持溫度50°C，粗化時(shí)間l_5min;結(jié)束后，用去離子水清洗、氨水中和、再用去離子水清洗，過濾并烘干； C.將活化液加入步驟B得到的粗化襯底中，活化時(shí)間5-10min，攪拌至其均勻，過濾并烘干，得到活化襯底； (2)化學(xué)鍍工藝 D.將鍍液放入恒溫水浴鍋中，加熱至所需溫度;將步驟C得到的活化襯底置于鍍液中1-7min，再用去離子水與乙醇溶液反復(fù)清洗，過濾并低溫烘干； (3)制備空心球 E.將步驟D得到的樣品置于強(qiáng)堿溶液中，移除襯底，獲得空心金屬球;將空心金屬球用去離子水與乙醇溶液反復(fù)清洗、過濾，并液封保存； (4)燒結(jié)工藝 F.將金屬納米粉與空心金屬球交替鋪設(shè)，干燥，抽真空，通保護(hù)氣體，燒結(jié)溫度1200-1600°C，退火時(shí)間2-6h;其中，空心金屬球與金屬納米粉質(zhì)量比為5%-30%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的襯底為硅膠干燥劑、二氧化硅或硅。
【文檔編號】C23C18/31GK106064241SQ201610541602
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年7月9日
【發(fā)明人】張貴峰, 索妮, 鄭萍萍, 黃昊
【申請人】大連理工大學(xué)