MgO/Fe-Cr-Ni多孔復(fù)合過濾材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種MgO/Fe-Cr-Ni多孔復(fù)合過濾材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔材料在結(jié)構(gòu)、減振、緩沖、消音和過濾等方面發(fā)揮著重大的作用。高氣孔率的材料具有高比強(qiáng)度和比剛度而密度低，其應(yīng)用不但有結(jié)構(gòu)方面的，而且由于氣孔的存在，多孔材料和致密材料相比具有了許多特殊性能，比如良好的壓縮性等，優(yōu)良的綜合力學(xué)性能以及質(zhì)量輕是其最基本的優(yōu)點(diǎn)。多孔金屬作為多孔材料的一個(gè)分支，是由金屬骨架及孔隙所組成同時(shí)具有金屬材料的可焊性等基本金屬屬性，多孔金屬的顯著特征是其內(nèi)部具有大量的孔隙，而大量的內(nèi)部孔隙又使多孔金屬材料具有諸多優(yōu)異的特性。因此，多孔金屬材料被廣泛應(yīng)用于航空航天、電化學(xué)、建筑、石油化工、冶金機(jī)械、醫(yī)藥、環(huán)保等行業(yè)的分離、過濾、布?xì)?、催化、電化學(xué)過程、消音、吸震、熱交換等工藝過程中，用于制備過濾器、催化劑及催化劑載體、多孔電極、能量吸收器、消音器、減震緩沖器、電磁屏蔽器件、電磁兼容器件、換熱器和阻燃器等等。
[0003]金屬基復(fù)合材料作為復(fù)合材料的一類，在國(guó)外的研宄起步于20世紀(jì)50年代末期。由于聚合物基復(fù)合材料耐溫性較差，不能滿足材料導(dǎo)熱和導(dǎo)電需要，金屬基復(fù)合材料的出現(xiàn)彌補(bǔ)了聚合物在性能和應(yīng)用上的不足。按照制備工藝分為外加增強(qiáng)相復(fù)合材料和原位自生復(fù)合材料，自生復(fù)合材料的增強(qiáng)體是在復(fù)合材料制備過程中形成的，如定向凝固自生復(fù)合材料和反應(yīng)合成自生復(fù)合材料等，而外加增強(qiáng)體復(fù)合材料中增強(qiáng)材料在制備過程中無明顯變化，如鑄造復(fù)合材料和粉末冶金復(fù)合材料等。陶瓷增強(qiáng)多孔耐熱合金基復(fù)合材料是指在具有良好的高溫性能及延展性的金屬基體上分布硬質(zhì)陶瓷增強(qiáng)相的多孔金屬材料。多孔金屬基復(fù)合材料結(jié)合了金屬的高延展性、高韌性和陶瓷增強(qiáng)相的高強(qiáng)度、高彈性模量的優(yōu)點(diǎn)，從而具有耐高溫、耐疲勞、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)異性能，是一種具有滲透性好、孔徑和孔隙可控、可再生、可加工等特殊性能的功能材料。
[0004]目前制備多孔金屬基復(fù)合材料的先進(jìn)工藝有自蔓延高溫合成，腐蝕造孔法和無壓反應(yīng)燒結(jié)法等。無壓反應(yīng)燒結(jié)法利用熱力學(xué)平衡的原理在金屬基體中直接形成細(xì)小的陶瓷顆粒，從而解決了利用外加顆粒增強(qiáng)基體時(shí)，增強(qiáng)顆粒與金屬基體潤(rùn)濕性困難，界面反應(yīng)引起復(fù)合材料機(jī)械性能降低等問題，反應(yīng)自生復(fù)合材料的制備工藝中均包含一個(gè)或多個(gè)生成增強(qiáng)體的反應(yīng)過程，通過反應(yīng)生成非常細(xì)小、熱力學(xué)穩(wěn)定、并且與基體結(jié)合良好的增強(qiáng)體，從而制備出復(fù)合材料。這類材料往往具有優(yōu)良的性能，如更高的強(qiáng)度和更優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。因此該方法制備陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料是近些年金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域研宄的熱點(diǎn)內(nèi)容之一。
[0005]中國(guó)專利(CN200710019031.1)公開了一種低成本低溫快速制備納米氧化鋁陶瓷原位增強(qiáng)Fe-Cr-Ni基高溫合金多孔復(fù)合材料的方法。該工藝不僅需要在800°C左右高溫下才能制備出多孔材料，而且原材料使用納米氧化鋁，其制備成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種MgO/Fe-Cr-Ni多孔復(fù)合過濾材料及其制備方法，利用低成本原材料，通過鎂熱原位反應(yīng)放出大量熱量引發(fā)自蔓延高溫合成MgO增強(qiáng)高溫合金金屬基多孔材料，燒結(jié)溫度控制在700°C左右，采用放熱原位還原反應(yīng)技術(shù)快速制備多孔材料的方法，制備出的多孔材料具有均勻的微米級(jí)的通孔，既可大大縮短制備時(shí)間，又可降低生產(chǎn)成本，具有廣泛應(yīng)用前景。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]MgO/Fe-Cr-Ni多孔復(fù)合過濾材料，由MgO和Fe-Cr-Ni合金組成，其中MgO、Fe、Cr和 Ni 的摩爾比為 a:0.494:0.318:0.188，0.282 ^ a ^ 0.741。
[0009]該MgO/Fe-Cr-Ni多孔復(fù)合過濾材料的制備方法，包括如下步驟:
[0010]第一步:以反應(yīng)式aMg+0.494Fe+0.318Cr+0.188Ni+a0 — aMgO+Fe0.494Cr0.318Ni0.188為基礎(chǔ)，按照MgCVFea 494Cra318Niai88配比，將微米氧化物粉末Fe 203、Cr2O3> Ni2O3中的一種或者多種，及微米粉末Mg、Fe、N1、Cr選取稱量，其中0.282 ^ a ^ 0.741，氧由氧化物粉末Fe2O3'Cr2O3'Ni2O3提供；
[0011]第二步:將粉末的混合物裝入球磨罐，利用丙酮介質(zhì)在球磨機(jī)中濕混球磨24?48h ；
[0012]第三步:將球磨好的粉料放入烘箱中50?70°C干燥，并將干燥料過200目分樣篩；
[0013]第四步:將過篩后的粉體在模壓機(jī)上進(jìn)行預(yù)壓制備初坯，壓力為50MPa，對(duì)初坯進(jìn)行氣孔率測(cè)試，氣孔率控制在50%?60% ;
[0014]第五步:在真空爐中進(jìn)行真空燒結(jié)，以10?15°C /min的速率升溫，并在700°C保溫2h，隨后隨爐冷卻；
[0015]第六步:取出試樣，經(jīng)過打磨、拋光最終獲得MgO/Fe-Cr-Ni多孔復(fù)合過濾材料。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過無壓反應(yīng)燒結(jié)法使復(fù)合材料在較低的燒結(jié)溫度加速合成。因其工藝簡(jiǎn)單，成本較低，原位反應(yīng)制備的陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其界面比較干凈，界面結(jié)合力也強(qiáng)。原位合成的反應(yīng)速度較快，反應(yīng)過程放熱量大，生成物的晶體點(diǎn)陣缺陷密度高，骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，表面積大，該方法彌補(bǔ)了多孔體的其它制造方法(如粉末冶金法等)生產(chǎn)周期長(zhǎng)、能耗大和工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)，可降低制備成本。本發(fā)明的復(fù)合過濾材料可被廣泛應(yīng)用于冶金機(jī)械、石油化工、國(guó)防軍工、能源環(huán)保等工業(yè)。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一制備所得MgO/Fe-Cr-Ni多孔復(fù)合過濾材料的X射線衍射圖。
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一制備所得MgO/Fe-Cr-Ni多孔復(fù)合過濾材料的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0020]實(shí)施例一
[0021]一種MgO/Fe-Cr-Ni復(fù)合過濾材料及其制備方法，包括以下步驟:
[0022]第一步:以反應(yīng)式⑴為基礎(chǔ)，按照預(yù)定的MgCVFea 494Cra318Niai88配比，將微米氧化物粉末Fe203、Cr2O3.Ni2O3,及微米粉末Mg、Fe、Cr、Ni選取、稱量；
[0023]aMg+0.494Fe+0.318Cr+0.188Ni+a0 ^ aMgO+Fe0.494Cr0.318Ni0.188(I)
[0024]式中:a = 0.282，其中的氧是由氧化物粉末Ni2O3提供；
[0025]稱量的Fe203、Cr203、Ni2O3' Mg、Fe、Cr、Ni 分別是 0g、0g、9.37g、4.07g、16.62g、
9.94g、0go
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