[发明专利]一种尺度可调的纳米多孔金属材料的制备方法

权利要求书

1.一种尺度可调的纳米多孔金属材料，所述多孔材料由超细金属粉末为铜粉、镍粉或者不锈钢粉；粒度等级为0.1～5μm，与颗粒尺度可控的造孔剂混合并压制成型以及在真空烧结炉中合适的烧结参数控制，制备出了强度可靠、具有纳-微-毫多尺度结构特征的尺度可调的纳米多孔金属材料；其特征在于，该纳米多孔金属材料内部包含有纳-微-毫多个孔隙尺度，且孔隙尺度和金属基体表面粗糙尺度可调；所述造孔剂选为不与超细金属粉末反应的可溶性Na₂CO₃粉末其掺加量占混合后粉末总重量的11％；具体的制备包括如下步骤：

(1)配料：将造孔剂研磨并筛分成所需粒度等级，按重量比与超细金属粉末均匀混合；

(2)粉末填充：将混合好的粉末均匀填充于模具内或所需装置的表面，并用模具压制；

(3)烧结：将粉末连同模具或装置一起送入真空烧结炉中，在还原性或惰性气体保护下烧结，烧结后期放入氧气进行氧化处理；其烧结过程分为四个阶段：还原除气阶段、烧结升温阶段、烧结保温阶段和冷却降温阶段；其中还原除气阶段的工艺为：烧结开始前预先抽真空至-0.1Mpa，并充入保护性气体，以防止氧化， 据所用粉末种类和粒度具体确定保温时间为0～2h；烧结升温阶段的升温速率为3～10℃/min，以降低热惯性的影响；烧结保温阶段中，烧结温度应根据金属粉末的种类并结合所需的烧结体结构进行选择，即选金属基体熔点温度的0.4～0.8倍；冷却降温阶段采用炉内自然冷却方式，或为进一步调控金属基体表面粗糙尺度和组成，在冷却降温阶段中，降温至低于烧结温度200～450℃时，打开阀门通入空气氧化，以改善其表面浸润性；烧结过程中，通入氮气、氩气、氢气或含5％氢气体积的氮氢混合气体至-0.05Mpa，使炉内保持一定的负压度；

(4)出炉、将样品置于放有蒸馏水的超声波清洗器中清洗2小时，期间间隔半小时更换蒸馏水：自然冷却至炉内温度达到30℃时，取出烧结样品，并清洗，以溶解掉造孔剂；

(5)烘干：将清洗后的样品放入烘箱中，烘干后取出，得到多孔金属材料。

2.一种尺度可调的纳米多孔金属材料的制备方法，其特征在于，采用平均粒径400nm的纯铜粉，均匀混入粒度为75μm～106μm的Na₂CO₃粉末，其中Na₂CO₃粉末的质量含量为11％， 将混合后的粉末均匀铺于石墨模具中，并压上石墨盖板，一起送入烧结炉中烧结， 其中升温时间为3h，烧结温度T_S为650℃，保温时间为1h；得到纳米多孔金属材料铜；在烧结过程中，由于粉体的团聚作用，在多孔体内部形成团聚球，球上包含有大量的纳米孔，其孔径位于100nm～500nm之间；而球与球之间也存在孔隙，其孔径位于5～25μm之间，同时由于Na₂CO₃粉末的作用，多孔体内还产生了长度约0.1mm的长壕沟，形成了纳-微-毫多尺度结构。