鬼佬大哥大
  • / 9
  • 下載費用:30 金幣  

一種尺度可調的納米多孔金屬材料的制備方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510500796.1

申請日:

2015.08.14

公開號:

CN105177338A

公開日:

2015.12.23

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):C22C 1/08申請日:20150814|||公開
IPC分類號: C22C1/08; B22F3/11 主分類號: C22C1/08
申請人: 華北電力大學
發明人: 徐進良; 楊臥龍; 紀獻兵
地址: 102206 北京市昌平區朱辛莊北農路2號
優先權:
專利代理機構: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246 代理人: 張文寶
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201510500796.1

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.12.29|||2016.01.20|||2015.12.23

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了屬于多孔材料制備領域的一種尺度可調的納米多孔金屬材料的制備方法。所述多孔材料由超細金屬粉末摻加造孔劑并壓制成型后,在真空燒結爐中燒制而成。該多孔材料內部包含有納-微-毫多個孔隙尺度,通過控制金屬粉末粒徑、造孔劑含量及粒徑、燒結溫度及保溫時間等參數以及后續處理工藝可實現多孔材料內部孔隙尺度和金屬基體表面粗糙尺度的雙調控,并使其具有超親水性能,可顯著提高沸騰傳熱的效率。本發明成本低,操作簡單,技術可靠,產品可應用于熱管的吸液芯、蒸發器的蒸發表面以及其他沸騰相變傳熱裝置中,具有很好的應用前景。

權利要求書

權利要求書
1.  一種尺度可調的納米多孔金屬材料,其特征在于,所述多孔材料由超細金屬粉末與造孔劑混合并壓制成型后,在真空燒結爐中燒制而成;該多孔材料內部包含有納-微-毫多個孔隙尺度,且孔隙尺度和金屬基體表面粗糙尺度可調。

2.  根據權利要求1所述一種尺度可調的納米多孔金屬材料,其特征在于,所述超細金屬粉末的粒徑為:0.1~5μm;粉末為銅粉、鎳粉或不銹鋼粉中的一種或幾種。

3.  根據權利要求1所述一種尺度可調的納米多孔金屬材料,其特征在于,所述造孔劑選為不與超細金屬粉末反應的可溶性化學粉末,選用Na2CO3粉末,NaCL粉末或KCL粉末;造孔劑的摻加量占混合后粉末總重量的0.1~20%。

4.  一種尺度可調的納米多孔金屬材料的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:
(1)配料:將造孔劑研磨并篩分成所需粒度等級,按重量比與超細金屬粉末均勻混合;
(2)粉末填充:將混合好的粉末均勻填充于模具內或所需裝置的表面,并用模具壓制;
(3)燒結:將粉末連同模具或裝置一起送入真空燒結爐中,在還原性或惰性氣體保護下燒結,燒結后期放入氧氣進行氧化處理;
(4)出爐、清洗:自然冷卻至爐內溫度達到30℃時,取出燒結樣品,并清洗,以溶解掉造孔劑;
(5)烘干:將清洗后的樣品放入烘箱中,烘干后取出,得到多孔金屬材料。

5.  根據權利要求4所述一種尺度可調的納米多孔金屬材料的制備方法,其特征在于,所述步驟(3)的燒結過程分為四個階段:還原除氣階段、燒結升溫階段、燒結保溫階段和冷卻降溫階段;其中還原除氣階段的工藝為:燒結開始前預先抽真空至-0.1Mpa,并充入保護性氣體,以防止氧化;據所用粉末種類和粒度具體確定保溫時間為0~2h;燒結升溫階段的升溫速率為3~10℃/min,以降低熱慣性的影響;燒結保溫階段中,燒結溫度應根據金屬粉末的種類并結合所需的 燒結體結構進行選擇,即選金屬基體熔點溫度的0.4~0.8倍;冷卻降溫階段采用爐內自然冷卻方式,或為進一步調控金屬基體表面粗糙尺度和組成,在冷卻降溫階段中,降溫至低于燒結溫度200~450℃時,打開閥門通入空氣氧化,以改善其表面浸潤性。

6.  根據權利要求4所述一種尺度可調的納米多孔金屬材料的制備方法,其特征在于,所述步驟(4)的清洗方式為:將樣品置于放有蒸餾水的超聲波清洗器中清洗2小時,期間間隔半小時更換蒸餾水。

7.  根據權利要求4所述一種尺度可調的納米多孔金屬材料的制備方法,其特征在于,燒結過程中,通入氮氣、氬氣、氫氣或含5%氫氣體積的氮氫混合氣體至-0.05Mpa,使爐內保持一定的負壓度。

說明書

說明書一種尺度可調的納米多孔金屬材料的制備方法
技術領域
本發明屬于多孔材料制備領域,特別涉及一種尺度可調的納米多孔金屬材料的制備方法。
背景技術
近年來,全球能源和環境問題嚴重,節能和提高能源利用率已經成為國內外最為關注的問題之一。沸騰相變傳熱技術作為能源轉換和利用過程中的一種重要熱傳遞技術,被廣泛應用于火電、地熱能、太陽能、核電、航空航天以及微電子冷卻等領域,高效的強化沸騰相變傳熱技術可有效提高能源利用率和解決狹小空間內高熱流密度的散熱難題。
目前,改善相變傳熱表面結構是強化沸騰傳熱的主要方法之一。多孔結構應用于強化沸騰傳熱已被證明是極為有效的一種方法。然而傳統多孔材料的結構在強化沸騰沸騰方面存在沸騰滯后、熱流密度小、抗重力性能差等問題,根本原因在于傳統多孔材料結構尺度較為單一,無法從根本上解決沸騰傳熱過程中蒸汽溢出需要大尺度的通道,液體補充需要小尺度的孔隙這一矛盾性問題。
隨著微納技術的發展,納米多孔材料用于強化沸騰傳熱日益得到人們的重視。納米多孔材料不僅能夠提供高的比表面積、而且具有極大的潛在汽化核心密度、極高的毛細力等,在提高沸騰傳熱能力方面顯示了誘人的前景。
如何制備具有納-微-毫多尺度特征的多孔金屬材料是開發高效沸騰傳熱裝置的重中之重。
目前制備納米多孔金屬材料的方法主要是模板法和脫合金法。模板法制備復 雜,成本高,不適合批量生產;而脫合金法主要用于制備納米多孔塊體材料,且兩種方法制備的產品均不具有多尺度特征。超細粉末燒結技術用于制備納米多孔材料盡管已有報道,但一種尺度可調的納米多孔金屬材料的制備方法尚屬首創,該技術成本低廉、易批量化生產。
發明內容
本發明的目的是提供一種尺度可調的納米多孔金屬材料,提供一種尺度可調的納米多孔金屬材料的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:
(1)配料:將造孔劑研磨并篩分成所需粒度等級,按重量比與超細金屬粉末均勻混合;
(2)粉末填充:將混合好的粉末均勻填充于模具內或所需裝置的表面,并用模具壓制;
(3)燒結:將粉末連同模具或裝置一起送入真空燒結爐中,在還原性或惰性氣體保護下燒結,燒結后期放入氧氣進行熱氧化處理;
(4)出爐、清洗:自然冷卻至爐內溫度達到30℃時,取出燒結樣品,并清洗,以溶解掉造孔劑;
(5)烘干:將清洗后的樣品放入烘箱中,烘干后取出,得到多孔金屬材料。
所述步驟(1)中所述超細金屬粉末為銅粉、鎳粉或者不銹鋼粉;粒度等級為0.1~5μm。
所述造孔劑篩分的粒度等級是為控制造孔劑形成的孔隙尺度大小。
所述造孔劑選為不與超細金屬粉末反應的可溶性化學粉末,選用Na2CO3粉末,NaCL粉末或KCL粉末;造孔劑的摻加量占混合后總粉末重量的0.1~20%。
所述步驟(3)的燒結過程分為四個階段:還原除氣階段、燒結升溫階段、 燒結保溫階段和冷卻降溫階段;其中還原除氣階段的工藝為:燒結開始前預先抽真空至-0.1Mpa,并充入含5%氫氣體積的氮氫混合氣體至-0.05Mpa,使爐內保持一定的負壓度;燒結升溫階段的升溫速率為4~5℃/min,以降低熱慣性的影響;燒結保溫階段中,燒結溫度應根據金屬粉末的種類并結合所需的燒結體結構進行選擇,即選金屬基體熔點溫度的0.4~0.8倍;冷卻降溫階段采用爐內自然冷卻方式;或為進一步調控金屬基體表面粗糙尺度和組成,在冷卻降溫階段中,降溫至低于燒結溫度200~450℃時,打開閥門通入空氣氧化,以改善其表面浸潤性。
所述步驟(4)的清洗方式為:將樣品置于放有蒸餾水的超聲波清洗器中清洗2小時,期間間隔半小時更換蒸餾水。
所述步驟(5)的烘干方式為:將樣品置于真空烘箱內,抽真空至-0.1Mp,加熱至60℃并保持2小時烘干,以防止氧化。
本發明的有益效果是,與現有其他技術相比,本發明采用的超細金屬粉末燒結技術具有原創性,且通過摻加顆粒尺度可控的造孔劑以及合適的燒結參數控制,制備出了強度可靠、具有納-微-毫多尺度結構特征的尺度可調的納米多孔金屬材料。克服現有多孔強化沸騰傳熱材料結構的不足,且可調的尺度特性可以對孔徑尺寸、表面浸潤性、比表面積等強化沸騰的關鍵參數進行調控,以滿足不同強化沸騰傳熱設備的需要。該技術操作簡單,成本低,適合工業生產。
附圖說明
圖1:實施例所述的粉末填充方式
圖2:實施例所述的燒結曲線
圖3:實施例1所得到的多孔體掃描電鏡圖
圖4:實施例2所得到的多孔體掃描電鏡圖
圖5:實施例3所得到的多孔體掃描電鏡圖
具體實施方式
本發明提供了一種尺度可調的納米多孔金屬材料的制備方法。下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
本發明提供的多尺度結構材料內部包含有納-微-毫多個孔隙尺度,且根據實際應用的需要,可靈活調控孔隙尺度和金屬基體表面的粗糙尺度,以適應不同沸騰相變換熱裝置的需要。
以下幾種實施例均按照以下實施步驟進行:
(1)配料:將造孔劑研磨并篩分成所需粒度為75μm~106μm,按質量比11%與超細金屬粉末均勻混合。
(2)填充:將混合好的粉末均勻填充于石墨模具內,并蓋上石墨上蓋板。粉末填充方式如圖1所示。
(3)燒結:將裝好粉末的模具送入真空燒結爐中,關緊閥門,抽真空至-0.1Mpa,并充入氫氣體積含量為5%的氮氫混合氣體至-0.05Mpa;按照圖2所示的燒結曲線進行燒結,升溫時間為3h,燒結溫度TS為600℃~700℃,保溫時間為1h。保溫結束后在爐內自然冷卻。
(4)出爐、清洗:當冷卻至爐內溫度TC達到30℃時,取出燒結樣品,將其置于放有蒸餾水的超聲波清洗器中清洗2小時,期間間隔半小時更換蒸餾水。
(5)烘干:將清洗后的樣品放入真空烘箱內,抽真空至-0.1Mp,加熱至60℃并保持2小時,最后取出燒結體。
實施例1:采用平均粒徑400nm的純銅粉,均勻混入粒度為75μm~106μm的Na2CO3粉末,其中Na2CO3粉末的質量含量為11%。將混合后的粉末均勻鋪于石 墨模具中,并壓上石墨蓋板,一起送入燒結爐中燒結。其中升溫時間為3h,燒結溫度TS為650℃,保溫時間為1h。
得到多孔體的形貌如圖3所示。在燒結過程中,由于粉體的團聚作用,在多孔體內部形成團聚球,球上包含有大量的納米孔,其孔徑位于100nm~500nm之間。而球與球之間也存在孔隙,其孔徑位于5~25μm之間,同時由于Na2CO3粉末的作用,多孔體內還產生了長度約0.1mm的長壕溝,形成了納-微-毫多尺度結構。
實施例2:采用平均粒徑400nm的純銅粉,均勻混入粒度為75μm~106μm的NaCL粉末,其中NaCL粉末的質量含量為15%。將混合后的粉末均勻鋪于石墨模具中,并壓上石墨蓋板,一起送入燒結爐中燒結。其中升溫時間為3h,燒結溫度TS為700℃,保溫時間為1h。
得到多孔體的形貌如圖4所示。可以看到,與圖3相比,團聚球上已無納米孔存在,多孔體內部主要存在微米和毫米兩種孔隙尺度。
實施例3:采用平均粒徑400nm的純銅粉,均勻混入粒度為75μm~106μm的KCL粉末,其中KCL粉末的質量含量為5%。將混合后的粉末均勻鋪于石墨模具中,并壓上石墨蓋板,一起送入燒結爐中燒結。其中升溫時間為3h,燒結溫度TS為600℃,保溫時間為1h。在保溫結束后,溫度降至300℃時,打開閥門,氧化。
得到多孔體的形貌如圖5所示。可以看到,與圖3相比,此實施例所得到的多孔體不但保留了納-微-毫多尺度孔隙結構,同時其金屬基體表面的粗糙尺度明顯增大,以此可以進一步調控多孔體的表面浸潤性。
由于實施例不能一一贅述,以上所述僅是本發明的個別實施例,并非對本發 明作任何技術上的限制,本領域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾,均在本發明的保護范圍內。

關 鍵 詞:
一種 尺度 可調 納米 多孔 金屬材料 制備 方法
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
關于本文
本文標題:一種尺度可調的納米多孔金屬材料的制備方法.pdf
鏈接地址:http://www.wwszu.club/p-6405732.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開
鬼佬大哥大