本發(fā)明涉及元機(jī)多孔復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)機(jī)單結(jié)晶多孔復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

多孔復(fù)合材料多指經(jīng)高溫?zé)贫傻?，使得體內(nèi)出現(xiàn)相連或閉合氣孔的材料。由于這些材料具很好的化學(xué)穩(wěn)定性（耐酸，耐堿，耐腐蝕）、耐高溫、抗壓、抗沖擊等性能，在環(huán)保、節(jié)能、化工、石油、食品、制藥等多個(gè)領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)外目前制備多孔非晶態(tài)合金材料的方法主要包括發(fā)泡法、粉末壓制燒結(jié)法等。

發(fā)泡法：一般采用易揮發(fā)、在熔體中難溶解、不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的發(fā)泡劑加入到玻璃態(tài)合金熔體混合，然后通過(guò)升高壓力加攪拌使熔體混合均勻，然后在快速減壓淬火，使得發(fā)泡劑在這個(gè)過(guò)程中快速氣化，同時(shí)使原玻璃態(tài)合金熔體迅速放熱給發(fā)泡劑從而冷卻固化，制備得到泡沫多孔材料。但是發(fā)泡法也有它自身的缺陷：首發(fā)泡劑要求其與玻璃態(tài)合金熔體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不然會(huì)影響最終制備的材料性能與尺寸；其次，發(fā)泡過(guò)程中，材料外部與材料體內(nèi)的氣化阻力不同，導(dǎo)致了所制備多孔材料孔隙均勻性較差，孔隙度不高。

粉末壓制燒結(jié)法：如專利號(hào)為200910074202.X,按設(shè)計(jì)的重量組分比例混合粉料，采用模壓成形制備成片狀或成形坯，通過(guò)調(diào)控壓力或采用冷等靜壓制備初坯，然后采用燒結(jié)工藝制得所要合金多孔材料。不足的地方在于：由于粉末顆粒結(jié)合強(qiáng)度有限，因此塊體多孔材料的力學(xué)性能有所不足。

另外，多孔陶瓷材料也在多個(gè)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，而且目前研究的內(nèi)容也有很多。但陶瓷材料的抗沖擊性能較差，容易發(fā)生脆裂，而且陶瓷中的硅在高溫流體中容易溶出形成膠體堵塞孔隙，從而限制了應(yīng)用范圍與使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的無(wú)機(jī)單結(jié)晶多孔復(fù)合材料正好克服了以上問(wèn)題，提供了一種體密度小、平均孔徑小、氣孔分布均勻、機(jī)械加工性能良好、耐高溫、耐壓、耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕（酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕）的多孔復(fù)合材料的制備方法與應(yīng)用。

首先，本發(fā)明給出一種無(wú)機(jī)單結(jié)晶多孔復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

(a) 前處理：對(duì)純金屬混合物和氧化金屬混合物進(jìn)行脫脂清洗、干燥；所述純金屬混合物中包括質(zhì)量配比為75.8-83.6份的Fe、12.3-18.4份的Cr、5.1-10.3份的Ni，所述氧化金屬混合物包括質(zhì)量配比為85.2-91.3份的MgCO₃·nH₂O、5.9-10.3份的Fe_xO_y、2.4-6.8份的Al₂O₃；

(b) 熔融：將兩種混合物分別用真空機(jī)組封裝抽真空，并對(duì)真空機(jī)組加熱使里面的混合物熔融為液態(tài)；

(c) 兩種熔融液各自經(jīng)高壓噴頭和氣槍氣流的帶動(dòng)下注射進(jìn)同一成型模具當(dāng)中，達(dá)到混合均勻的目的；其中純金屬混合物和氧化金屬混合物的質(zhì)量比控制在85：15到95：5之間；

(d) 經(jīng)自然冷卻后，取出坯體采用燒結(jié)工藝，制得無(wú)機(jī)單結(jié)晶多孔復(fù)合材料。

進(jìn)一步的，所述純金屬混合物中其他組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于0.8%，所述氧化金屬混合物中其他組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于0.5%；所述純金屬混合物中C質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.03-0.054%，所述氧化金屬混合物中C質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.01-0.032%。

進(jìn)一步的，所述步驟（b）中的真空機(jī)組加熱溫度為1300~1600℃，壓力控制在50~300MPa；所述步驟（d）中的燒結(jié)工藝指在真空或在氮?dú)饣驓鍤夥諊掠?00~1300℃進(jìn)行燒結(jié)。

其次，本發(fā)明給出上述制備方法得到的無(wú)機(jī)單結(jié)晶多孔復(fù)合材料的應(yīng)用，所述多孔復(fù)合材料應(yīng)用于石油、煉油、輕工化工的過(guò)濾元件。

本發(fā)明得到的無(wú)機(jī)單結(jié)晶多孔復(fù)合材料，其孔率可達(dá)80～90%，典型孔隙尺寸在1nm到100nm之間；所制得的多孔材料為孔隙在軸向通透、分布均勻、徑向相對(duì)致密，同時(shí)可保持了合金的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有效增益：

(1) 熔融混合法使得原料混合均勻，采用注模工藝，可以制備各種不形狀和尺寸的產(chǎn)品。

(2) 所制備的材料的孔隙可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，孔徑分布均勻，同時(shí)能保持了合金材料的性質(zhì)。

(3) 制備工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、效率高。

(4) 制得的材料用途廣泛，能有效代替現(xiàn)有在石油、煉油、輕工化工中的過(guò)濾元件。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明制備方法的流程框圖；

圖2是本發(fā)明熔融液注射成型示意圖；

其中，A1、A2為高壓噴頭；B1、B2為氣槍;C為模具。

圖3是實(shí)施例1、2所制備的無(wú)機(jī)單結(jié)晶多孔復(fù)合材料的掃描電鏡圖。

圖4是實(shí)施例2、3所制備的無(wú)機(jī)單結(jié)晶多孔復(fù)合材料的甲基橙處理曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

以下實(shí)施例采用的無(wú)機(jī)單結(jié)晶多孔復(fù)合材料均如下步驟所示：

(a) 前處理：對(duì)純金屬混合物和氧化金屬混合物進(jìn)行脫脂清洗、干燥；所述純金屬混合物中包括質(zhì)量配比為75.8-83.6份的Fe、12.3-18.4份的Cr、5.1-10.3%的Ni，所述氧化金屬混合物包括質(zhì)量配比為85.2-91.3份的MgCO₃·nH₂O、5.9-10.3份的Fe_xO_y、2.4-6.8份的Al₂O₃，其中n=1～5的整數(shù)，x為1,2或3，y為1,3或4，即FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄；

(b) 熔融：將兩種混合物分別用真空機(jī)組封裝抽真空，并對(duì)真空機(jī)組加熱使里面的混合物熔融為液態(tài)；

(c) 兩種熔融液各自經(jīng)高壓噴頭和氣槍氣流的帶動(dòng)下注射進(jìn)同一成型模具當(dāng)中，達(dá)到混合均勻的目的；其中純金屬混合物和氧化金屬混合物的質(zhì)量比控制在85：15到95：5之間；坯體中純金屬混合物和氧化金屬混合物的比例通過(guò)調(diào)控高壓噴頭流速和氣槍流速來(lái)控制，這樣不僅使得坯體中的熔融液混合均勻，而且使得多孔復(fù)合材料的孔徑可靈活調(diào)控；

(d) 經(jīng)自然冷卻后，取出坯體采用燒結(jié)工藝，制得無(wú)機(jī)單結(jié)晶多孔復(fù)合材料。

實(shí)施例1

一種無(wú)機(jī)單結(jié)晶多孔復(fù)合材料，包含以下重量百分含量：(1)純金屬混合物：Fe 76.8%、Cr 15.6%、Ni 7.3%、其他0.3%；(2)氧化金屬混合物：MgCO₃·nH₂O 90.5%、Fe_xO_y 6.3%、Al₂O₃ 2.8%、其它0.4%。

把純金屬混合物與氧化金屬混合物以86：14以圖1所示的方式注射進(jìn)模具中混合，本實(shí)施例制得的材料空隙為88～95nm。

實(shí)施例2

一種無(wú)機(jī)單結(jié)晶多孔復(fù)合材料，包含以下重量百分含量：(1)純金屬混合物：Fe78.8%、Cr14.6%、Ni6.3%、其他0.3%；(2)氧化金屬混合物：MgCO₃·nH₂O87.5%、Fe_xO_y8.3%、Al₂O₃3.8%、其它0.4%。

把純金屬混合物與氧化金屬混合物以95：5以圖1所示的方式注射進(jìn)模具中混合。本實(shí)施例制得的材料空隙為2～13nm。

實(shí)施例3

一種無(wú)機(jī)單結(jié)晶多孔復(fù)合材料，包含以下重量百分含量：(1)純金屬混合物：Fe 81.4%、Cr 13.5%、Ni 5%、其他0.1%；(2)氧化金屬混合物：MgCO₃·nH₂O 88.4%、Fe_xO_y 8.6%、Al₂O₃ 2.8%、其它0.2%。

把純金屬混合物與氧化金屬混合物以90：10以圖1所示的方式注射進(jìn)模具中混合。本實(shí)施例制得的材料空隙為67～79nm。

三次實(shí)施例所制得的樣品BET比表面積分析如下：

上表分析結(jié)果與圖3的掃描電子顯微鏡的分析結(jié)果一致，實(shí)施例1所制備的材料BET比表面積為57.5m²/g，比實(shí)施例2的比表面積約大44%，總孔容積也要比實(shí)施例2的約大78%；另一方面，從掃描電鏡圖可看出無(wú)機(jī)單結(jié)晶多孔復(fù)合材料中還包含豐富的軸向通透、分布均勻的微孔結(jié)構(gòu)。

對(duì)實(shí)施例2、3所制備的無(wú)機(jī)單結(jié)晶多孔復(fù)合材料進(jìn)行模擬過(guò)濾中的濾器元件，在模擬罐中材料以填充形式進(jìn)行裝填；模擬污染物為甲基橙，污物物初始濃度為120mg/L，處理結(jié)果處圖4所示。兩者在對(duì)模擬污水進(jìn)行循環(huán)過(guò)濾后，都能把其中的污染物完全除去。其中實(shí)施例3所制備的材料性能更優(yōu)，在24min時(shí)，水中的甲基橙已經(jīng)被完全凈化。

對(duì)于不同性能要求可以靈活調(diào)控以上配比得出不同孔隙以及不同的合金性能。雖然通過(guò)說(shuō)明以及具體實(shí)施方式描述了本發(fā)明公開(kāi)內(nèi)容，但是應(yīng)該理解，上述說(shuō)明和實(shí)施例僅是說(shuō)明性的而非限制性的，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可以作出許多其它的修改、變化和安排而不偏離本發(fā)明創(chuàng)新的精神和范圍。