專利名稱：一種新型多孔泡沫鎢及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多孔鎢材料，尤其涉及一種類網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的泡沫鎢材料，及其制備方法。
背景技術(shù)：
鎢是一種高熔點(diǎn)的難熔金屬，其熔點(diǎn)為341(TC左右，是元素周期表的所有金屬中最難熔的一種。此外， 金屬鉤還不被液汞(銫)等所浸潤，而且耐其腐蝕。因此，金屬鎢材料非常適合應(yīng)用于多孔陶瓷因脆性而 不能勝任的高溫場合以及其他一些特殊要求的場合，其多孔體或作為多孔基體制作的各種元器件在航空航 天、電力電子及冶金工業(yè)等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用([1]廖際常.低溫?zé)Y(jié)孔隙度可控多孔鎢.稀有金屬快報， 2006， 25 (9): 41-42; [2]滕修仁，張晗亮.影響多孔鎢孔隙度的因素.稀有金屬材料與工程，1998, 27 (6): 379-380; [3] Selcuk C， Wood J V, Reactive sintering of porous tungsten: A cost effective sustainable technique for the manufacturing of high current density cathodes to be used in flashlamps. Journal of Materials Processing Technology, 2005， 170:471-476.)，如用于高電流密度的多孔陰極，離子發(fā)動機(jī)中充入電子發(fā)射材 料的發(fā)射體，汞離子火箭發(fā)動機(jī)中汞汽液分離的汽化器，火箭噴管的高溫發(fā)汗體，射線束靶材，高溫流體 過濾器等。在上述用途中，多孔鴨的孔率大小對其本身的使用性能及其制作元器件的性能均具有重大的影 響，甚至起到至關(guān)重要的作用。對于上述這些利用材料孔隙的用途， 一般均希望擁有較高的孔率。然而， 從所閱公開發(fā)表的文獻(xiàn)來看，目前所得多孔鎢產(chǎn)品的孔率一般在35%以下，制備方法一般為傳統(tǒng)性粉末冶 金燒結(jié)法和改進(jìn)的反應(yīng)燒結(jié)法。國內(nèi)外的專利檢索亦顯示了同樣的結(jié)果，且涉及"多孔鎢(porous tungsten)" 的專利總計僅為幾十條(其中國內(nèi)尚無此專利，而涉及"泡沫鋁"的則有幾十條)，而關(guān)于"泡沫鎢(foamed tungsten或tungsten foam)"的則只有美國一條，且制備方法及所得產(chǎn)品孔率指標(biāo)同上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種閉孔少、浸灌性好、孔率比較高、孔隙連通性佳的泡沫狀多孔鎢材料及其 制備方法。制備方法采用有機(jī)基體浸漿干燥燒結(jié)工藝，選用高純度鎢粉和無毒黏結(jié)劑配制料漿，選用聚氨 酯硬泡作為有機(jī)基體。
本發(fā)明的泡沫態(tài)多孔鎢材料，在一定程度上"翻版"了有機(jī)泡沫塑料的形態(tài)，其特征在于通過有機(jī) 基體浸漿干燥，在真空環(huán)境下熱分解有機(jī)物并實(shí)現(xiàn)鎢粉燒結(jié)，最后形成類網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔體，孔徑為0.2-1.0 mm,孔率為50%~70%，孔隙之間的連通性好，具有良好的浸灌性。
本發(fā)明使用的無毒黏結(jié)劑由甲基纖維素與去離子水配制，兩者的質(zhì)量配比為1:10 1:20;本發(fā)明提供的 有機(jī)基體浸槳后的干燥工藝條件，為干燥箱中100 12(TC烘干2 h以上，以確保除去坯體中絕大多數(shù)水份 并使坯體全部硬化。
考慮到所ffl有機(jī)泡沫基體在500'C以下發(fā)生分解，本燒結(jié)工藝規(guī)定在該溫度下應(yīng)較緩慢地升溫，以免 有機(jī)物分解揮發(fā)過快而導(dǎo)致坯體開裂和破壞。之后的較快升溫是為了節(jié)約過程的吋間，提高上藝效率。 考慮到金屬鎢的高溫氧化，本工藝規(guī)定燒結(jié)爐應(yīng)連續(xù)抽真空以使真空度保持在1(^Pa的水平。
本發(fā)明制備的多孔鎢材料具有下述特征和優(yōu)點(diǎn)
1) 本發(fā)明的泡沫態(tài)多孔鎢呈類網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔隙連通性好，孔率較高(可高于50%)，可浸灌性良好。
2) 本發(fā)明的泡沫態(tài)多孔鎢在一定程度上"翻版"了浸漿工藝中所用有機(jī)泡沫基體的結(jié)構(gòu)形態(tài)，只是 增加了一些主孔的孔壁，且這種孔壁上擁有大量貫通性的微 L。有機(jī)泡沫材料的制造工藝成熟、可調(diào)性強(qiáng)、 孔結(jié)構(gòu)可控性好，品種豐富。因此，在本工藝選用多孔基體時，可供選擇性強(qiáng)，較易獲得所需結(jié)構(gòu)指標(biāo)的 備用體。
3) 本發(fā)明的制備方法操作方便，設(shè)備簡單，實(shí)用性強(qiáng)。


圖1本發(fā)明泡沫鉤的宏觀形貌掃描電子顯微照片，顯示了多孔結(jié)構(gòu)的類網(wǎng)狀形態(tài)，其中的孔隙是相互 連通的。
圖2本發(fā)明泡沫鎢結(jié)構(gòu)中的顆粒組合形態(tài)，顯示了多孔體的主孔孔棱和孔壁是由大量顆粒結(jié)合而成 的，且這些孔壁和孔棱上還存在大量尺寸遠(yuǎn)小于主孔的微孔，這保障了孔隙的連通性。
圖3本發(fā)明泡沫鎢結(jié)構(gòu)的晶粒結(jié)合態(tài)，顯示了上述微孔是由構(gòu)成主孔孔棱和孔壁的晶粒橋架而成，同 時也顯示了多孔體中組成主孔孔棱和孔壁的晶粒結(jié)合良好，說明產(chǎn)品已有充分的燒結(jié)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例稱取甲基纖維素25g，加入常溫i離子水300ml，攪拌下配制成漿糊狀的均勻乳狀液待用。 選用粒度為0-6 um的高純度鎢粉，將鎢粉和上述乳狀液按體積比為l:2配制成料槳，攪拌均勻。然后用 20X15X4 mm大小的聚氨酯通孔硬泡(平均孔徑1 mm左右)進(jìn)行浸漿處理，將處理過的多孔體置于干燥 箱中，于120'C烘干2h。烘干后的多孔體變硬，再放到真空爐中，先抽真氣至10—Spa的水平，然后以3.5 h的時間將溫度從室溫升至IOO(TC，再以1 h的時間將溫度從IOOO'C升至1500°C，最后以20 min的時間 將溫度從150(TC升至160CTC,再保溫3h，之后關(guān)閉加熱開關(guān)使系統(tǒng)隨爐冷卻。整個過程一直保持抽真空， 直至爐體冷卻至20(TC，才停真空泵并出爐取樣。所得塊體泡沫鎢的厚度約為3 mm，電鏡分析其孔隙形態(tài) 分兩類(圖1~3), —類是構(gòu)成多孔體類網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔徑為0.2-0.8 mm的主孔，另一類是存在于構(gòu)成主孔 孔壁和孔棱之上孔徑為兒個微米量級的微孔，孔隙之間相互連通。體積稱重法測得其孔率為58%左右。
權(quán)利要求
1. 一種多孔態(tài)泡沫鎢材料，其特征在于該產(chǎn)品為類網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔率高于50%，孔隙有 兩類 一是構(gòu)成類網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且尺寸較大(零點(diǎn)幾個亳米的量級)的主孔(顯微分析其孔徑為0.2-0.8 mm， 二是主孔孔壁和孔棱上尺寸較小(幾個微米的量級)的微孔，孔隙之間的連通 性好。
2. 權(quán)利要求1所述的類網(wǎng)狀多孔態(tài)泡沬鎢材料的制備方法，采用有機(jī)泡沫基體浸漿干燥 燒結(jié)法，其特征在于其有機(jī)泡沫基體為硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料，漿料由鎢粉、甲基纖維素和 水組成，其中鎢粉粒度在10 um以下分布，鎢粉純度高于99.9°/。，用水調(diào)節(jié)黏度，有機(jī)泡沫 基體浸漿后先經(jīng)80 12(TC烘干2 h以上，使其水分揮發(fā)并具有良好的自支持硬質(zhì)結(jié)構(gòu)，然后 置于真空爐中燒結(jié)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于鎢粉無需預(yù)處理，料漿配制用水為去 離子水，其中甲基纖維素與去離子水的質(zhì)量比為1:10-1:20之間，有機(jī)基體為硬質(zhì)泡沫塑料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于燒結(jié)爐的真空度保持在10—spa的水平 即可，50(TC之前升溫速度要慢一點(diǎn)，如5。C/min以下，500 1500'C之間升溫速度可快一些， 如5 15。C/min，然后在1500 1800'C保溫2~5 h，隨爐冷卻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，所得金屬鎢的多孔體在一定程度上"翻版"了有機(jī) 泡沫塑料的結(jié)構(gòu)形態(tài)，同時也受制于所用有機(jī)泡沫基體的原有結(jié)構(gòu)形態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種類網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔態(tài)泡沫鎢材料，其孔隙分兩類，一是構(gòu)成類網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且孔徑為0.2～1.0mm的主孔，一是存在于主孔孔壁和孔棱之上且孔徑在幾個微米量級的微孔。主孔呈通孔和半通孔結(jié)構(gòu)，并且兩類孔隙相互連通，總孔率高于50％。該泡沫鎢的制備方法是以有機(jī)泡沫材料為基體，采用浸漿干燥燒結(jié)法制備而成。其中料漿由鎢粉和無毒性有機(jī)黏結(jié)劑組成，黏度用去離子水調(diào)節(jié)。
文檔編號C22C1/08GK101121982SQ20071015239
公開日2008年2月13日 申請日期2007年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月30日
發(fā)明者劉培生, 周茂奇 申請人:北京師范大學(xué)