基于燃烧合成制备多孔材料研究

【摘要】： 多孔材料是一种功能复合结构材料,其依据孔结构不同可以分为通孔和闭孔两种。多孔材料制备工艺有很多,但研究者认为现有生产工艺几乎都未达到完善的成熟阶段,其研究还仅处于实验及初步应用阶段,多孔材料的制备工艺及应用领域,仍需进一步研究和拓展。燃烧合成已逐步发展成为材料科学与燃烧化学之间的新边缘学科,有极大应用前景和前瞻性。 课题基于燃烧合成制备多孔泡沫材料,重点研究反应物配比、发泡剂加入量、球磨速度、球磨时间、冷压成型压力、加热炉温等参数对燃烧合成过程及产物孔结构的影响;在上述实验的基础上,探索性研究了不同产地和粒径的铝粉对燃烧合成反应的影响,初步确定基于燃烧合成制备多孔材料主要参数的变化范围,对该课题研究的进一步扩展及深化,奠定了基础。实验结果表明: (1)粉末冶金工艺制备预制体,多种粉状原料按一定配比混合、球磨、冷压成型后燃烧合成制备多孔材料。原材料粒径及制备工艺对反应生成物有极大影响,原材料粒径或目数应大致相同;此外原材料的化学活性必须考虑,尽量选择生成日期较晚的原材料。工业化成本和原材料准备方面考虑,原材料粒径控制在200目到600目。 (2)球磨混粉工艺中,球磨转速及时间对燃烧合成影响不明显,但较细原材料(粒径4μm)较长时间球磨时出现团聚。行星式球磨机球磨混粉转速20r/min,时间为40min。冷压成型制备预制体,成型压力过大或过小,对燃烧合成均有不利影响。一般根据原材料特征及反应现象,在200-300MPa之间进行调节。 (3)基于Ni-A1-Ti-B4C系燃烧合成制备多孔镍铝金属间化合物中,发泡剂含量6%、250MPa冷压成型、预制体密度约为1.96g/cm3、选用产地为日本的镍粉,燃烧产物孔隙率可达85%,孔结构大小分布较好,但预制体整体形状变化较大。 (4)基于Al-Si-Ti-B4C-TiH2系燃烧合成反应制备泡沫铝实验,冷压成型压力控制280MPa、发泡剂氢化钛加入量1.5g、铝粉粒度为11-24μm、炉温680摄氏度时,燃烧合成反应效果最好。燃烧合成的生成物孔隙率40%左右,但反应过程中,其孔隙率最高可达90%以上。