[发明专利]金属结构

说明书

一种生产包含限定枝晶通道网络的多孔枝晶间基质的金属结构的方法，该方法包括以下步骤：制备包含金属元素和至少一种合金元素的合金熔体，将合金熔体冷却成固态合金，其中所述冷却促进在富含所述金属的枝晶间基质内形成富含所述至少一种合金元素的枝晶网络，使所述固态合金脱合金，以从枝晶和枝晶间基质中去除合金元素，以获得所述金属结构。

技术领域

本发明总体上涉及获得金属结构的方法、所述金属结构和包含所述金属结构的抗微生物装置。所述金属结构可以具有多峰孔径分布。

背景技术

多年来，大量的研究工作致力于开发用于特定工业需求的由多孔金属制成的结构。制造多孔金属的现有工艺包括固溶体合金的脱合金。本质上，脱合金是指从固溶体合金中选择性浸出一种或多种元素以产生剩余的多孔结构。该剩余的结构富含对浸出介质反应性较低(即较惰性)的元素，并呈现由被去除的较活泼(即较低惰性)的元素留下的三维空隙网络。脱合金过程通常用于制造多孔金属结构，其特征在于具有纳米尺度可调尺寸的互连孔网络。

在这种情况下，具有多峰孔径分布(即在多个长度尺度上在至少两个值处达到峰值的分布)的孔的金属结构被认为对各种应用特别有价值。

常规的脱合金过程已经适用于制造具有多峰尺寸分布的孔的金属结构。这通常通过多步过程实现，包括首先将牺牲性微米尺寸填料/模板引入固态合金，然后进行常规脱合金以去除牺牲性填料/模板和合金中较低惰性的元素。所得的金属结构具有对应于被去除的填料/模板的纳米尺寸的孔和微米尺寸的空隙。

然而，虽然这些多步脱合金过程提供了一些制造灵活性，但所得的金属结构固有地机械稳定性差。而且，这些结构的多孔网络的特征通常在于高弯曲度和低渗透度，有效地限制了通过该结构的流体流动。这有效地限制了这些结构在流体处理应用(例如过滤)中的实际适用性，由于这些结构在使用过程中产生显著的回流压力，这进一步暴露了这些结构的机械脆性。此外，常规填料/模板方法的多步骤性质使得它们固有地复杂，并限制了它们在大规模上的适用性。

因此，仍然有机会解决或改善常规方法和产品的一个或多个缺点或限制，或者至少提供有用的替代方案。

发明内容

本发明提供一种生产金属结构的方法，该金属结构包含限定枝晶通道网络的多孔枝晶间基质，该方法包括以下步骤：(i)制备包含金属元素和至少一种合金元素的合金熔体，(ii)将所述合金熔体冷却成固态合金，其中所述冷却促进在富含所述金属的枝晶间基质内形成富含所述至少一种合金元素的枝晶网络，和(iii)使所述固态合金脱合金，以从(a)枝晶和(b)枝晶间基质中去除所述至少一种合金元素，以获得所述金属结构。

通过该固态合金中枝晶的特定几何性质和空间排列，脱合金后得到的枝晶通道网络的相应空间组织确保了多孔枝晶间基质的机械连续性。因此，相对于通过常规填料/模板路线或通过对均质固态合金(即没有枝晶)进行脱合金获得的多孔金属结构，所述金属结构可以固有地受益于优异的机械稳定性和耐久性。

而且，本发明方法中步骤的特定组合有利地允许制造具有多峰孔径分布的孔的金属结构。“多峰”孔径分布是指在两个或更多个不同的平均孔径值处达到峰值的孔径分布，其中每个平均孔径值可落入与其他平均孔径值不同的长度尺度内。表述“长度尺度”在本文中是指以一个数量级的精度确定的特定长度。相应地，“双峰”孔径分布将在两个平均值处达到峰值，“三峰”孔径分布将在三个平均值处达到峰值，等等。

因为枝晶富含合金元素，并且脱合金步骤随后去除合金元素，所以在脱合金后有效地从固态合金中去除枝晶，留下空的枝晶通道。因此，脱合金结构包含与枝晶通道相关联的至少一种孔隙率状态(regime)和与通过从枝晶间基质中去除合金元素而引起的孔隙率相关联的一种孔隙率状态，产生具有至少双峰孔径分布的孔。