[发明专利]多元金属孔化材料及其制备工艺

说明书

本发明属材料技术领域，是一种多元金属孔化材料及其制备工艺。

所谓金属孔化就是把金属材料泡沫化，从而改变原金属材料的物理、化学性能，为材料开辟新的用途，并节省原材料。九十年代初，国际上研制开发出单元素金属孔化材料，例如，将镍、锂等纯单元金属孔化成型，该材料可作为电池极板，制作镍氢电池和锂电池。但是，其成本高且制备工艺复杂。该电池也没有能广泛替代铅酸电池、锌锰电池等。作为金属孔化材料技术上也没有实现多元金属孔化成型。

本发明的目的在于提供一种成本低、工艺简单实用的多元金属孔化材料及其制备工艺。

本发明提供的多元金属孔化材料，选择化学元素中过渡金属作为配伍的基础材料。过渡金属元素很广泛，例如：Fe,Ni,Al,Ti,Ta,Mn,Li,Zn,Sn,……等等，选择其中2种以上(包括2种)单质金属元素，在高温高压下将其熔化，制备孔化坯料。这里的所谓高温是指达到所选单质金属元素的液化温度，所谓高压是指在2-10个大气压范围。这里的制坯过程，一般包括通常的坯态渗流步骤、液态渗氢发泡步骤、固态颗粒在真空中的烧结步骤，以及常温氮气炉中的粉末冶金步骤以及激光辐射、真空溅射步骤等。

在常温常压下，选取醇类溶液，掺入Nb,Ti,Cr,Cr₂O₃,SiC,SiN₄,Co,Zr,La稀土等部分金属元素的粉末，调匀，涂覆在未成型的孔化坯料物上，使之渗入。

上述的孔化坯料物可以是方形体，也可以是柱形体。为了使之适合不同的实际需要，可将其切割成预先设计的形状，即将孔化坯料物切割成型。然后，在反应气体保护下，对这些孔化型材，进行激光辐射，使其表面形成多元金属孔化薄膜，或者，在550-600℃高温下，对孔化型材真空溅射钛钯或锂钯，通体实现多元金属化合，形成多孔(泡沫)化的型材。这里的保护气体可以为氩气或氮气等。本发明提出的这种材料的孔化率可达到95％。

对于上述的多元金属孔化材料，选择适合的基础材料，进行相关的工艺处理，可以得到适合于不同用途的多元金属孔化材料：

1．选择过渡金属中能与氢反应的活跃金属，如：Fe,Ni,Al,Ti,La等作为基础材料，再对多孔坯料进行激光辐射或者真空溅射，形成多元素浅层的贮氢金属膜。该多元金属孔化材料可用作镍氢电极的极板，以替代纯镍、纯锂材料制作高性能大容量电池系列产品，使用这种材料的电池，降低了产品成本，并能替代对环境有严重污染的铅酸电池产品。

2．选择过渡金属中Al,Mg,Zn,Sb等金属元素作为基础材料，经混合熔化制备多孔坯料，再对经过经过激光辐射的型材进行酸化处理和真空溅射，使多元金属材料表面形成亚声元素的复合金属膜层。该多元金属孔化材料可以用作消声、吸音、防电磁波的新型建材。

3．再在(2)的基础上进行氧化处理，使多元金属表层形成陶瓷膜层，这种孔化材料可以用于制造隔热、阻燃的消防产品。

4．再在(3)的基础上进行微量元素的渗流处理，即将微量元素：Fe,Mn,Ca,Ge,Se,La,Cl,Pr,Nd,Sm,B,C,N,K中的部分元素渗入型材，使之形成含有多元微量元素的孔化材料。该孔化材料可用于制作能重复使用的大棚作物无土栽培的基板，以及能种植食用菌类作物、名贵药材的基板。

由上述多元金属元素作为基础原料，由上述工艺制备获得的多元金属孔化材料，制作工艺先进，程序简单，材料的性能优良，可节省大量原材料，具有广泛的应用前景。

在本发明的上述制备工艺步骤中，根据选用的基础元素及其相关理化性能的要求，对有关过程进行必要的控制，以确保产品的质量指标。

1．在多元金属熔化制坯和激光辐射过程中，可通过热动态算法，控制成孔熔化制坯的铸模表层的各元素化学能量积聚的热导平衡关系。图1为成孔涂层表面反应前后的加热曲线，给出了加热温度与加热深度在受激光辐射反应由多元金属制坯铸模成孔熔化表面的热能动态算法。阐明了多元金属元素的密度ρ:[kg/m³]与成孔坯状时物体的容积V:[m³]热能积分方程，考虑到多元金属共熔时态的比热C:[J/kg℃]、多元金属的混合热量Q:[J]和成孔熔化表层的温度θ:[℃]，有如下关系：