[发明专利]烧结Fe-Al基合金多孔材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔材料及应用该多孔材料的过滤元件，具体涉及一种通过粉末冶金法制备的烧结Fe-Al基合金多孔材料及应用该多孔材料的过滤元件。此外还涉及烧结Fe-Al基合金多孔材料的制备方法。

背景技术

目前对烧结多孔材料的研究主要集中在制备工艺的优化、成孔机理的探讨、材料性能的改善和应用范围的扩大几个方面。其中，就成孔机理而言，已应用在烧结多孔材料制备方法中的成孔方式主要有：第一，通过化学反应成孔，其原理是基于不同元素本征扩散系数的较大差异所引起的偏扩散效应，使得材料中产生Kirkendall孔隙；第二，通过原料粒子物理堆积成孔；第三，通过添加成分脱出成孔。上述几种成孔方式的选择和组合不可避免的会对多孔材料的孔结构造成直接的影响。而多孔材料的孔结构又会进一步的决定多孔材料的性能。因此，基于不同成孔方式所生成的烧结多孔材料往往具有差异化的孔结构和使用性能，通过对它们的认识和测量，可使得这些多孔材料能够更清楚的被识别和表征。目前，为了充分的表征多孔材料，本领域通常采用：1）原料成分和含量；2）孔结构，主要包括孔隙率、孔径等；3）材料性能参数，包括渗透性能，力学强度和化学稳定性，其中，渗透性能常用流体渗透法测量，力学强度通常用抗拉强度表示，化学稳定性主要用耐酸和/或碱性能表示。

Fe-Al金属间化合物多孔材料是一种介于高温合金与陶瓷之间的烧结无机多孔材料。由于其按照金属键和共价键共同结合，兼有金属材料和陶瓷材料的共同优点，因此，Fe-Al金属间化合物多孔材料作为过滤材料（尤其是高温气体过滤材料）具有广阔的应用前景。尽管Fe-Al金属间化合物多孔材料公认具有优异的性能，但针对一些特殊的应用场合，其高温抗氧化性能和抗强碱腐蚀性能依然有待提高。在本申请的申请日以前，还未找到一种既能够改善Fe-Al金属间化合物多孔材料的高温抗氧化性能和抗强碱腐蚀性能，同时又能够附带改善材料孔结构，并达到优良综合使用性能的烧结Fe-Al基合金多孔材料。

发明内容

本申请所要解决的技术问题即是提供一种抗高温氧化较好的烧结Fe-Al基合金多孔材料及应用它的过滤元件。此外还要提供一种抗高温氧化较好的烧结Fe-Al基合金多孔材料的制备方法。

本申请的抗高温氧化的烧结Fe-Al基合金多孔材料，其孔隙率为30～60%，平均孔径为0.5～50μm，并具有如下特征：

a）它主要由Fe、Al、Si三种元素组成，这三种元素的重量之和占该烧结FeAl基合金多孔材料重量的90%以上，其中，Fe为Fe、Al总重量的60～85%，Si为Fe、Al、Si总重量的0.5～8%；

b）该烧结Fe-Al基合金多孔材料中的Si主要是以Fe-Al基化合物的硅固溶体形态存在，或主要以Fe₃Si的形态存在，且在该烧结Fe-Al基合金多孔材料中大致上均匀分布；

c）它的抗拉强度≥45MPa，厚度≤5mm的烧结Fe-Al基合金多孔材料空气通量≥80m³/m²·kpa·h，在质量分数为5%的NaOH溶液中室温浸泡15天后的失重率在0.5%以下，且在800℃的空气气氛下保温90小时测得材料增重率为0.25%以下。

上述的烧结Fe-Al基合金多孔材料可以仅由Fe、Al、Si三种元素组成，也可以在不超过烧结Fe-Al基合金多孔材料总重量10%的范围内添加除Fe、Al、Si以外的其他物质，例如Mo、V、Nb、W、Y、Ta、Zr、Co、Ni中一种或几种元素。目前建议将该多孔材料中Fe、Al、Si三种元素的重量之和控制在多孔材料重量的95%、97%、98%或者99%以上，从而既能够保证烧结Fe-Al基合金多孔材料的性能，同时也可简化原料种类，便于生产。

另外，其中的Si可以为Fe、Al、Si总重量的3%以上，并主要以Fe₃Si的形态存在于该烧结Fe-Al基合金多孔材料中，由此对材料性能的改善更为突出。

当烧结Fe-Al基合金多孔材料由Fe、Al、Si三种元素组成时，根据Si含量的变化，该烧结Fe-Al基合金多孔材料中的结晶相的组成可包括以下几种情况：

1）该烧结Fe-Al基合金多孔材料的结晶相由Fe-Al-Si三元合金组成，其中的Si作为溶质固溶在该合金中；

2）该烧结Fe-Al基合金多孔材料的结晶相由Fe-Al二元金属间化合物与Fe₃Si组成。