[发明专利]一种制备多孔金属整体型材的固相燃烧合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属型材的制备方法，特别涉及一种多孔状金属型材的制备方法。

背景技术

多孔金属，如泡沫镍，具有三维全贯通的网孔结构，孔隙率为90％～98％，密度仅为镍理论密度的2％～5％，比表面积大，仍保持镍的良好理化性质，在化学电源、催化及催化剂载体等领域有广阔的领域。目前制备连续多孔金属带材的成熟的工业方法，如泡沫镍的生产，需先在PU模板上溅射Ni，再实施Ni电镀，最后经高温热处理去除PU模板，生产设备要求高，周期长，能耗大，成本高。高温自蔓延燃烧法是制备多孔材料的可行方法。利用固相燃烧法，李永华等将纯钛粉和镍粉在固相混合，压制成坯料后，在惰性气氛下预热至700℃左右点燃，坯料自蔓延燃烧合成多孔镍钛合金(公开号CN1428447A)。然而目前采用的固相燃烧对原料要求高且难以实现均匀混合，燃烧一般需要在惰性气氛下预热，设备要求高，仍较难实现工业化。A.Varma在“先进材料”报道了利用金属硝酸盐和甘氨酸水溶液的一步燃烧法合成金属/合金/金属陶瓷(DOI:10.1002/adma.200701365)。然而利用溶液燃烧法或溶胶燃烧法由于胶状前驱体有粘性和流动性，加热引燃过程易发泡，且反应时气体产生迅速而且量大，使得制备的材料多为粉末状，均难以形成可直接利用的整体型多孔金属带材。

发明内容

本发明旨在提供一种原料混合均匀、易于工业化实现且可得到整体多孔金属型材的固相燃烧合成的方法。本发明通过以下方案实现。

一种制备多孔金属整体型材的方法，包括以下步骤：

第一步：将可溶性金属盐与还原性有机物溶于溶剂，形成溶液，用氨水控制溶液pH,蒸发溶剂至形成透明胶状前驱体，再将胶状前驱体于真空条件下干燥，得固态前驱体；金属盐主要为金属硝酸盐；还原性有机物如：甘氨酸、尿素或柠檬酸等；溶剂有水，乙醇，乙二醇等。

溶液pH控制参考特定金属离子碱性环境溶度积，溶液pH控制为5～8。

蒸发溶剂时的加热温度为60℃～250℃,真空干燥的加热温度为60℃～250℃。

第二步：在经过70℃以上高温干燥的空气中将第一步制得的固态前驱体加工至粉末状，将所述粉末状前驱体于模具中加压成型为所需形状和尺寸的坯体；加压方法可以是机械加压方法、气压加压等。

第三步：移除模具后，局部点燃坯体，使得局部的氧化性的金属盐与还原性有机物发生氧化还原反应，释放大量热量，使氧化还原自蔓延燃烧反应持续；反应过程中金属被释放，直接在反应产生的高温下被烧结形成规整连续的型材；同时，反应释放的气体使型材微观上具有分级多孔的形貌特征。

为得到性能更佳的多孔材料，在所述第三步后，将制得的型材再于还原气氛中作热处理，以去除金属中残留的C、N、O等杂质元素。

实验发现：当可溶于水的还原性有机物与可溶于水的金属盐摩尔比为1.5～2.5时，成材率较好。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明首先利用溶液原料简单且易实现均匀混合的优势，制备了分子级别混合的固态配合物前驱体。

2.前驱体经充分干燥，减少了结合水在燃烧过程中的吸热，既免去燃烧合成预热耗能，还能提高燃烧温度，强化金属颗粒的烧结过程，制备所需形状和尺寸的整体型多孔金属。

3.借助固态燃烧速度稳定、燃烧温度高、产气量小且稳定的优点，规避了溶液燃烧时胶状前驱体有粘性和流动性，加热过程易发泡，且反应时气体产生迅速而且量大，不利于合成整体型多孔材料的缺点。

4.本发明的这种改进后固相燃烧法由于克服了原料均匀的问题，使得该方法易于工业化实现。

附图说明

图1实施例1的多孔镍整体型材的微观形貌图

图2实施例3的多孔铜整体型材的微观形貌图

具体实施方式

实施例1

按以下步骤制备多孔镍整体型材：

第一步：甘氨酸与硝酸镍按1.5:1的摩尔比溶于水中，搅拌形成均匀溶液；于100℃蒸发水分，至形成高粘度的透明胶状前驱体，再将胶状前驱体于真空、在200℃干燥，得含结晶水少的分子级别混合的固态配合物前驱体。

第二步：在充满经过100℃干燥的空气的手套箱中将第一步制得的固态前驱体研磨至粉末状，将所述粉末状前驱体于d＝16mm的圆柱型模具中，10MPa压力下机械压实粉末成圆柱型坯体。

第三步：移除模具后，用电热钨丝在空气中局部点燃第二步制得的坯体，使固态前驱体自蔓延一步烧成整体型纳米多孔镍整体型材。