本發(fā)明屬于多孔鈦材料制備方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以稻谷殼造孔劑制備多孔鈦材料的粉末冶金法。

背景技術(shù)：

中國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，也是水稻種植大國，每年稻谷殼產(chǎn)量約為4×10⁷噸，但綜合利用率不到10％，其中大部分稻谷殼被直接燃燒或廢棄，只有小部分被用作動(dòng)物飼料，不僅資源浪費(fèi)嚴(yán)重，而且造成了環(huán)境污染，在稻谷殼的綜合利用方面，其作為一種廉價(jià)的生物質(zhì)原料在可再生能源中被廣泛使用，如利用稻谷殼作為高性能添加劑制備水泥混凝土材料，使用稻谷殼作為造孔劑制備性能優(yōu)良、成本低廉的多孔氧化鋁陶瓷和粘土磚材料等；使用稻谷殼作為燒結(jié)制品的造孔劑，不僅利用了糧食行業(yè)的副產(chǎn)品，而且還增加了燒結(jié)產(chǎn)品的附加值，稻谷殼在經(jīng)過高溫燃燒后，其中一部分有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過燃燒后形成孔，稻谷殼的尺寸越大，在液相燃燒過程中形成的孔越大，強(qiáng)度的影響越大。

多孔材料具有多孔性、導(dǎo)熱性、優(yōu)良的機(jī)械性能和生物性能等特點(diǎn)成為近年來研究的熱點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于流體過濾器、催化劑載體、熱交換器、熱絕緣、固體氧化物燃料電池，燃燒器，生物醫(yī)學(xué)植入物等領(lǐng)域，由于其相對(duì)密度低、孔隙率高、比表面積高、耐熱沖擊性良好，熱質(zhì)量低等獨(dú)特的性能，也應(yīng)用在物活性多孔鈦材料的制備方面，但一些研究人員依靠低熔點(diǎn)金屬如Ni、Mg和Al等造孔劑的揮發(fā)制備多孔鈦材料，另一部分研究者使用的造孔劑是無機(jī)鹽材料，如氯化鉀、氯化鈉、尿素和碳酸氫銨，這些材料都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，其熔點(diǎn)溫度低，通過高溫?zé)Y(jié)使其晶體揮發(fā)在基體中產(chǎn)生孔隙制備多孔材料，所以根據(jù)多孔材料的造孔劑粒度可以設(shè)計(jì)不同的孔隙度、孔隙結(jié)構(gòu)和多孔鈦的彈性模量，使他們能滿足應(yīng)用的要求，但這些材料都是通過工業(yè)化生產(chǎn)得到，工藝復(fù)雜，成本大，在制備過程中存在一定的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種以稻谷殼造孔劑制備多孔鈦材料的粉末冶金法，解決了現(xiàn)有多孔鈦材料制備過程中成本過高、生產(chǎn)工藝復(fù)雜的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種以稻谷殼造孔劑制備多孔鈦材料的粉末冶金法，包括以下步驟：

步驟1，對(duì)稻谷殼進(jìn)行預(yù)處理

步驟1.1，在檸檬酸水溶液中加入適量的稻谷殼，攪拌酸洗；

步驟1.2，將步驟1.1處理后的稻谷殼過濾，置于去離子水中攪拌清洗2-3次，過濾烘干；

步驟1.3，將步驟1.2處理后的稻谷殼粉碎、篩粉后得到稻谷殼粉末；

步驟2，將適量步驟1.2中的稻谷殼粉末與鈦粉混合，并向其中加入研磨體，置入混粉機(jī)內(nèi)混合均勻，得到混粉；

步驟3，將步驟2中的混粉加入柱狀不銹鋼模具內(nèi)，使用單向油壓萬能試驗(yàn)機(jī)壓制成型，得到生坯；

步驟4，將步驟3中的生坯置于真空燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，得到多孔鈦材料。

本發(fā)明的特征還在于，

步驟1.1中檸檬酸水溶液的配制為：將質(zhì)量2-4g的無水檸檬酸粉末加入體積150-250ml的去離子水中，攪拌均勻；且步驟1.1中的稻谷殼與無水檸檬酸粉末的質(zhì)量比為3-5:1。

步驟1.1中攪拌時(shí)溫度45-55℃、攪拌時(shí)間20-40min、攪拌速度5-15r/min。

步驟1.2中攪拌時(shí)間5-10min，烘干溫度90-100℃，烘干時(shí)間50-70min。

步驟1.3中稻谷殼粉末的粒徑為100-180μm、180-250μm、250-380μm或380-550μm中任意一種。

所述的步驟2中鈦粉與稻谷殼粉末的質(zhì)量比為4.5-5.5:1。

步驟2中研磨體為氧化鋯球體，且與稻谷殼粉末和鈦粉的球料比4:1，混粉時(shí)間時(shí)間為1.5-2.5h。

步驟3中壓制成型時(shí)保壓時(shí)間為2-5min。

步驟4中真空燒結(jié)爐的真空度為10^-3Pa。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明一種以稻谷殼造孔劑制備多孔鈦材料的粉末冶金法通過對(duì)稻谷殼進(jìn)行酸化處理、清洗、粉碎、篩粉后得到不同粒徑大小的稻谷殼粉末，然后將稻谷殼粉末與鈦粉進(jìn)行混合后研磨、壓制成型及其真空燒結(jié)，得到多孔鈦材料，不僅提高了多孔鈦材料的孔隙率，增大了壓縮強(qiáng)度，滿足了醫(yī)療或建筑等方面關(guān)于多孔鈦材料的要求；而且本發(fā)明采用稻谷殼作為造孔劑制備多鈦材料，不僅制備成本降低、而且生產(chǎn)工藝步驟簡單，有很好的使用價(jià)值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種以稻谷殼造孔劑制備多孔鈦材料的粉末冶金法的流程示意圖；

圖2是正常鈦粉的掃描電鏡圖；

圖3是本發(fā)明中實(shí)施例2的掃描電鏡圖；

圖4是本發(fā)明中實(shí)施例3的掃描電鏡圖；

圖5是本發(fā)明中實(shí)施例3的孔隙率與力學(xué)性能之間的關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明一種以稻谷殼造孔劑制備多孔鈦材料的粉末冶金法，如圖1所示，包括以下步驟：

步驟1，對(duì)稻谷殼進(jìn)行預(yù)處理，避免雜質(zhì)對(duì)鈦基體的影響

步驟1.1，在檸檬酸水溶液中加入適量的稻谷殼，在溫度45-55℃、速度5-15r/min條件下攪拌酸洗20-40min，其中檸檬酸水溶液的配制為：將質(zhì)量2-4g的無水檸檬酸粉末加入體積150-250ml的去離子水中，攪拌均勻，且稻谷殼與無水檸檬酸粉末的質(zhì)量比為3-5:1；

步驟1.2，將步驟1.1處理后的稻谷殼過濾，置于去離子水中攪拌清洗2-3次，過濾烘干，其中攪拌時(shí)間5-10min，烘干溫度90-100℃，烘干時(shí)間50-70min；

步驟1.3，將步驟1.2處理后的稻谷殼粉碎、篩粉后得到稻谷殼粉末，稻谷殼粉末的粒徑為100-180μm、180-250μm、250-380μm或380-550μm中任意一種；

步驟2，將適量步驟1.2中的稻谷殼粉末，將質(zhì)量比為4.5-5.5:1鈦粉與稻谷殼粉末混合，并向其中加入研磨體氧化鋯球體，置入混粉機(jī)內(nèi)混合均勻，得到混粉，其中球料比4:1，混粉時(shí)間為1.5-2.5h；

步驟3，將步驟2中的混粉加入柱狀不銹鋼模具內(nèi)，使用單向油壓萬能試驗(yàn)機(jī)壓制成型，保壓2-5min得到生坯；

步驟4，將步驟3中的生坯置于真空度為10^-3Pa的真空燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，得到多孔鈦材料。

實(shí)施例1

(1)稻谷殼酸洗處理

采用的稻谷殼來自于武漢米廠，取質(zhì)量比為3:1的稻谷殼與無水檸檬酸粉末，將質(zhì)量2g的無水檸檬酸粉末加入體積150ml的去離子水中，攪拌均勻形成檸檬酸水溶液，將稻谷殼置于檸檬酸水溶液中，在溫度45℃、速度5r/min條件下攪拌酸洗40min，過濾酸化后的稻谷殼，將其置于去離子水中攪拌清洗3次，再過濾烘干，其中攪拌時(shí)間5min，烘干溫度90℃，烘干時(shí)間50min。

(2)粉碎處理

將酸化水洗后的稻谷殼置入粉碎機(jī)中粉碎，然后篩分得到稻谷殼粉末，稻谷殼粉末的粒徑為100-180μm。

(3)研磨和壓制成型

取質(zhì)量比為4.5:1鈦粉與稻谷殼粉末混合，并向其中加入研磨體氧化鋯球體，當(dāng)球料比為4:1時(shí)置入混粉機(jī)內(nèi)混粉1.5h混合均勻，得到混粉；然后將混粉加入柱狀不銹鋼模具內(nèi)，使用單向油壓萬能試驗(yàn)機(jī)壓制成型，保壓2min得到生坯。

(4)燒結(jié)

將生坯置于真空度為10^-3Pa的真空燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，得到多孔鈦材料。

實(shí)施例2

(1)稻谷殼酸洗處理

采用的稻谷殼來自于武漢米廠，取質(zhì)量比為4:1的稻谷殼與無水檸檬酸粉末，將質(zhì)量3g的無水檸檬酸粉末加入體積200ml的去離子水中，攪拌均勻形成檸檬酸水溶液，將稻谷殼置于檸檬酸水溶液中，在溫度50℃、速度10r/min條件下攪拌酸洗30min，過濾酸化后的稻谷殼，將其置于去離子水中攪拌清洗2次，再過濾烘干，其中攪拌時(shí)間8min，烘干溫度95℃，烘干時(shí)間60min。

(2)粉碎處理

將酸化水洗后的稻谷殼置入粉碎機(jī)中粉碎，然后篩分得到稻谷殼粉末，稻谷殼粉末的粒徑為180-250μm。

(3)研磨和壓制成型

取質(zhì)量比為5:1鈦粉與稻谷殼粉末混合，并向其中加入研磨體氧化鋯球體，當(dāng)球料比為4:1時(shí)置入混粉機(jī)內(nèi)混粉2h混合均勻，得到混粉；然后將混粉加入柱狀不銹鋼模具內(nèi)，使用單向油壓萬能試驗(yàn)機(jī)壓制成型，保壓4min得到生坯。

(4)燒結(jié)

將生坯置于真空度為10^-3Pa的真空燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，得到多孔鈦材料。

實(shí)施例3

(1)稻谷殼酸洗處理

采用的稻谷殼來自于武漢米廠，取質(zhì)量比為5:1的稻谷殼與無水檸檬酸粉末，將質(zhì)量4g的無水檸檬酸粉末加入體積250ml的去離子水中，攪拌均勻形成檸檬酸水溶液，將稻谷殼置于檸檬酸水溶液中，在溫度55℃、速度15r/min條件下攪拌酸洗20min，過濾酸化后的稻谷殼，將其置于去離子水中攪拌清洗3次，再過濾烘干，其中攪拌時(shí)間10min，烘干溫度100℃，烘干時(shí)間70min。

(2)粉碎處理

將酸化水洗后的稻谷殼置入粉碎機(jī)中粉碎，然后篩分得到稻谷殼粉末，稻谷殼粉末的粒徑為380-550μm。

(3)研磨和壓制成型

取質(zhì)量比為5.5:1鈦粉與稻谷殼粉末混合，并向其中加入研磨體氧化鋯球體，當(dāng)球料比為4:1時(shí)置入混粉機(jī)內(nèi)混粉2.5h混合均勻，得到混粉；然后將混粉加入柱狀不銹鋼模具內(nèi)，使用單向油壓萬能試驗(yàn)機(jī)壓制成型，保壓5min得到生坯。

(4)燒結(jié)

將生坯置于真空度為10^-3Pa的真空燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，得到多孔鈦材料。

如圖2所示，為正常鈦粉的掃描照片，如圖3-4所示，分別為實(shí)施例2和實(shí)施例3生成的多孔鈦的掃描照片，可以得出，實(shí)施例2和實(shí)施例3的掃描照片中多孔鈦的孔隙比正常鈦粉的孔隙更大，如圖5所示，而且多孔鈦材料的孔隙率最大能達(dá)到59.45％，壓縮強(qiáng)度最大能達(dá)到70MPa，最大彈性模為6.36Gpa，滿足了醫(yī)療或建筑等方面關(guān)于多孔鈦材料的要求；而且本發(fā)明采用生物質(zhì)材料稻谷殼作為造孔劑制備多鈦材料，不僅制備成本降低、而且生產(chǎn)工藝步驟簡單，有很好的使用價(jià)值。