[发明专利]一种连续直通多孔材料的连铸设备与方法

说明书

 

技术领域

本发明属于多孔材料制备技术领域，特别是提供一种连续直通多孔材料的连铸设备与方法。

背景技术

多孔材料是由不少于2个封闭、半封闭、开口或者彼此连通（或不连通）的孔洞构成的材料，通常具有比重小、刚度大、比表面积大、渗透性好等优点，以及吸声、隔音、净化、过滤、导热、散热、减震等功能，是一种新兴的高性能材料，在电子、信息、汽车、船舶、铁路、航空、航天、能源、环保、石油、化工、冶金、机械、建筑、生物、制药、国防军工和日常生活等领域用途广泛[H. P. 蒂吉斯切，B. 克雷兹特. 多孔泡沫金属[M]. 北京：化学工业出版社，2005]。特别是，随着近年来能源和环保等问题的日益突出，民用高新技术和国防军工的快速发展，热交换和过滤等行业对具有连续直通孔洞的多孔材料提出了迫切的需求，用量不断增加，成为了多孔材料发展的一个重点方向。

传统的多孔材料制备方法主要有熔体发泡法、粉末冶金法、挤压法、金属/气体共晶定向凝固法等。熔体发泡法很难实现孔洞结构的精确控制，一般只能制备具有封闭孔洞的材料，且孔洞的长度有限[杨雪娟，刘颖，李梦，等. 多孔金属材料的制备及应用[J]. 材料导报，2007，21（专辑Ⅷ）：380-383]。粉末冶金法难以实现对孔洞的大小和分布的精确控制，生产具有长而直孔洞的多孔材料也比较困难，且由于孔隙不规则，受力时应力集中比较明显，力学性能等较低[刘培生，黄林国. 多孔金属材料制备方法[J]. 功能材料，2002，33（1）：5-8]。挤压法能实现简单连续直通多孔材料的制备，但存在着所需设备复杂且造价高、工艺流程长、成材率低、能源和模具消耗大、生产成本高、产品质量的一致性与稳定性难以保证、不易制备高强度难变形及含复杂孔洞的连续直通多孔材料等问题[刘元文，陈莉，宋宝韫. 汽车空调平行流多孔管的连续挤压技术[J]. 锻压技术，2007，32（1）：53-54，64]。金属/气体共晶定向凝固法是近年来国内外研究的重点与热点，可以制备出结构类似莲藕的藕状多孔材料[谢建新，刘新华，刘雪峰，等. 藕状多孔纯铜棒的制备与表征[J]. 中国有色金属学报，2005，15（11）：223-227]，但是孔洞率、孔洞的大小与分布很难实现精确的控制，通孔率较低，难以制备出沿凝固方向长而直的孔洞，应用范围有限。

因此，开发一种能够短流程、近终形、高效率、节能降耗、低成本生产具有连续直通孔洞的多孔材料的设备与方法，满足民用高新技术和国防军工等领域对多孔材料不断提出的高性能、多规格、多品种等新要求，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明将不少于2根的平直的高熔点固体芯材（如钨、钼或石墨等）按照所需制备连续直通多孔材料的孔洞分布、数量和形状尺寸要求进行并列组装，将其一端采用固体芯材固定装置进行固定（以下简称该端为“固定端”），另一端对齐并处于非约束状态（以下简称此端为“自由端”），构成固体芯材束；然后将组装为一体的固体芯材固定装置和固体芯材束放置于连铸设备的铸型中，固体芯材固定装置安装并固定在铸型入口位置，固体芯材束的自由端位于铸型中部区域，固体芯材长度方向与铸型中心线平行；通过合理控制连铸工艺参数，实现对熔点相对较低且不与固体芯材发生反应的被铸材料（如铜、镁、铝、银、金、硅或上述元素组成的合金等）熔体液固界面的位置与形状的精确控制，保证被铸材料凝固瞬间，固体芯材束的固定端一侧在被铸材料熔体中，自由端一侧在已凝固被铸材料中，同时在牵引机构的作用下，已凝固被铸材料能非常顺利地与固体芯材束马上分离，并及时形成孔洞，紧接着又进行新一轮的凝固、分离动作，不断循环重复这一过程，从而连续地形成直通的孔洞（以下简称“通孔”），最终连铸得到所需长度（理论上可以达到无限长）的连续直通多孔材料，其中孔洞的分布、数量和形状尺寸都与固体芯材束中固体芯材的分布、数量和形状尺寸完全对应。本发明的目的在于提供一种连续直通多孔材料的连铸设备与方法（称作“脱芯连铸法”），解决目前制备连续直通多孔材料存在的设备复杂且投资大、生产流程长、能耗大、成材率低、成本高，以及部分急需的连续直通多孔材料无法生产等问题。