[发明专利]一种块体纳米多孔金属的构筑方法

说明书

本发明公开了一种块体纳米多孔金属的构筑方法，属于金属材料技术领域。构筑块体纳米多孔金属的过程为：首先准备前驱体合金粉末，粉末粒径为0.1～100μm；将前驱体合金粉末浸入脱合金腐蚀液中，腐蚀掉其中的较活泼组元，得到纳米多孔金属粉末；纳米多孔金属粉末置于烧结设备内，依据所需的空隙率及孔棱尺寸，选择合适的温度及压力，烧结制备出块体纳米多孔金属。所得纳米多孔金属可保持完整性，样品宏观尺寸大，内部无裂纹，结构可调控，孔棱直径尺寸为50‑1000nm。本发明工艺简单，制备方便可控，合成效率高，产品可靠。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种块体纳米多孔金属的构筑方法。

背景技术

纳米多孔金属是具有纳米尺寸孔棱和孔洞的材料，其具有独特的双连续结构，具有比表面积大、催化活性强、相对密度低等特点，在催化、驱动、传感、电极材料等方面广泛应用。

脱合金化法用来制备纳米多孔金属，是利用合金中不同组元间的化学性质不同，选择性地将其中较为活泼的组元去除，得到由残留惰性组元构成的多孔结构。脱合金法已经成功制备出纳米多孔Au、Pt、Ag等多孔材料。但是，目前直接利用块体前驱体材料脱合金，制备出的纳米多孔金属主要存在以下问题：(1)制备块体纳米多孔金属所需时间长，制备效率低，且难以制备出厘米级别的大块样品；(2)除Au、Pt等贵金属以外，利用脱合金法制备的块体纳米多孔金属都存在大量裂纹，力学性能极差，甚至难以形成一个完整的块体；(3)纳米多孔金属的孔隙率以及微观结构受限于前驱体合金的化学成分，难以进行调控。

随着科学技术的进步和生产工艺的发展，纳米多孔金属面临着大型化、结构可调控化等发展趋势，如何构筑大块无裂纹的纳米多孔金属是急需解决的问题。因此，寻求一种简单的制备工艺，操作简单，制备出的样品稳定可靠，可以获得孔隙率以及拓扑学结构可调控的块体纳米多孔金属，需要不断地探索研究。

发明内容

针对目前制备的纳米多孔金属样品尺寸较小、裂纹萌生不可控、材料种类受限等问题，本发明的目的在于提供一种构筑无裂纹块体纳米多孔金属的方法，本发明制备的纳米多孔金属的孔棱尺寸在纳米尺度，制备方法简单方便，操作简单，对纳米多孔金属的制备、理论研究和应用有重要意义。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种块体纳米多孔金属的构筑方法，该方法包括如下步骤：

(1)准备前驱体材料，所述前驱体材料为合金粉末，合金粉末中包括活泼组元和惰性组元；

(2)将前驱体合金粉末浸入脱合金腐蚀液中，反应腐蚀掉前驱体合金中的活泼组元，得到由剩余的惰性组元构成的纳米多孔金属粉末；

(3)将步骤(2)所得纳米多孔金属粉末进行干燥处理后置入烧结设备内，在保护气氛或真空条件下进行烧结处理，烧结后即获得所述块体纳米多孔金属。

步骤(1)中，所述前驱体材料为粒径0.1～100μm的合金粉末，合金粉末中惰性组元的原子百分比为10-50％；所述前驱体合金粉末中的惰性组元能够稳定存在于脱合金腐蚀液中，活泼组元则能够被脱合金腐蚀液溶解去除。

所述前驱体材料为由惰性组元和活泼组元所构成的合金粉末，惰性组元为Ni、Cu和Ag中的一种或几种，活泼组元为Mn、Al、Zn和Mg中的一种或几种。

步骤(3)中，烧结过程中施加0.5-100MPa压力，以利于纳米多孔粉末的烧结成形及调控一定的孔隙率；烧结过程由高纯氩气或真空保护，防止纳米多孔粉末的氧化。

本发明所制备的纳米多孔金属可保持完整性，样品任意方向的尺寸不小于2mm，能达到厘米级，孔隙率为20-80％，孔棱尺寸为50-1000nm。

本发明设计机理如下：