一種添加造孔劑制備高孔隙率鉬硅硼多孔材料的方法
【專利摘要】一種添加造孔劑制備高孔隙率鉬硅硼多孔材料的方法，屬于難熔金屬多孔材料制備領(lǐng)域。所用造孔劑為碳酸氫銨。使用商用Mo粉、Si粉、B粉，按所需要的三種相的體積百分比配料，加入無水乙醇，使用全方位行星式球磨機混料12～36h，混合均勻的Mo-Si-B元素粉末中添加石蠟汽油成形劑，石蠟汽油成形劑含量占Mo-Si-B元素粉末和石蠟汽油成形劑總量的5～13wt.％，均勻后再添加碳酸氫銨造孔劑，碳酸氫銨造孔劑含量占Mo-Si-B元素粉末、石蠟汽油成形劑和碳酸氫銨造孔劑總量的30～75vol.％，混合均勻后經(jīng)冷壓成型，置于高溫氣氛燒結(jié)爐中在氬氣氣氛保護下常壓燒結(jié)制備高孔隙率Mo5SiB2-Mo3Si-Mo5Si3三相合金。所制備的材料孔隙率和孔結(jié)構(gòu)可調(diào)，可滿足工業(yè)生產(chǎn)中不同的工況要求。該工藝流程簡單，經(jīng)濟性良好。
【專利說明】一種添加造孔劑制備高孔隙率鉬硅硼多孔材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于難熔金屬多孔材料制備領(lǐng)域，主要涉及高熔點、難熔的高孔隙率金屬間化合物鑰硅硼多孔材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔材料是包含大量孔隙的材料，與致密材料不同，其具有密度低，比表面積大，比力學(xué)性能高和阻尼性能好等特點，是一種具有巨大應(yīng)用潛力的功能結(jié)構(gòu)材料。目前多孔材料已廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工、原子能、環(huán)保、醫(yī)療、冶金、建筑和電化學(xué)等諸多領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著日益顯著的作用(劉培生.多孔材料引論[M].北京:清華大學(xué)出版社，2004.)。
[0003]目前在過濾、凈化、催化領(lǐng)域使用最廣泛的多孔材料是多孔陶瓷與多孔金屬材料，多孔金屬材料的力學(xué)性能、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和抗熱震性能很好，但腐蝕抗力和高溫氧化抗力不足。多孔陶瓷材料的腐蝕抗力、高溫氧化抗力、耐熱性和耐磨性優(yōu)異，但其脆性大，韌性、延展性差并且抗熱震性差。多孔陶瓷和多孔金屬各自的不足限制了其作為高溫過濾、凈化、催化材料的應(yīng)用，因此很有必要開發(fā)能結(jié)合多孔陶瓷和多孔金屬優(yōu)點的新一代過濾、凈化、催化用多孔材料。
[0004]Mo-S1-B系金屬間化合物具有介于金屬與陶瓷之間的化學(xué)性質(zhì)，其中的Mo5SiB2-Mo3S1-Mo5Si3三相合金具有高溫強度高、蠕變抗力好、韌性和抗熱震性優(yōu)于陶瓷、耐腐蝕性能和抗氧化性能與陶瓷相當(dāng)?shù)耐怀鰞?yōu)點(LembergJA, Ritchie R0.Mo-S1-BAlloysforUltrahigh-Temperatur eStructuralApplications[J].Advanced Materials, 2012, 24(26):3445-3480.)，是多孔材料的優(yōu)良選材。目前尚無制備多孔Mo-S1-B合金的相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種制備高孔隙率Mo5SiB2-Mo3S1-Mo5Si3三相合金多孔材料的方法。制備獲得的Mo-S1-B多孔材料具有與多孔陶瓷材料相當(dāng)?shù)目垢g能力，而其韌性優(yōu)于陶瓷，其孔隙率和孔結(jié)構(gòu)可以由造孔劑的含量和粒度調(diào)節(jié)，使其適用于工業(yè)生產(chǎn)中不同的工況要求。此法工藝流程簡單，經(jīng)濟性好。
[0006]本發(fā)明采用碳酸氫銨作為造孔劑，使用高溫氣氛燒結(jié)爐在氬氣氣氛保護下常壓燒結(jié)制備得到高孔隙率Mo-S1-B多孔材料。Mo-S1-B多孔合金中三種相的體積百分比含量范圍為:0.4% -99.8 % Mo5SiB2,0.1% -99% Mo3Si, 0.1% -99% Mo5Si3 (三種相的體積百分比范圍滿足Mo5SiB2+Mo3Si+Mo5Si3 = 100% ) ?所使用原料粉末為商用Mo粉(2~150 μ m,≥99.9wt.% )、Si 粉(2 ~150 μ m，≥ 99.9wt.% )、B 粉(2 ~150 μ m，≥ 99.9wt.% )混合物。將配制的混合粉末加入無水乙醇后混料并干燥，在干燥后的粉末中添加石蠟汽油成形劑和碳酸氫銨造孔劑，混合均勻后冷壓成型。粉末壓坯通過常壓燒結(jié)制備出高孔隙率多孔材料，其具體工藝流程如下:
[0007](I)按所需的Mo5SiB2-Mo3S1-Mo5Si3三種相的體積百分比含量，計算Mo粉、Si粉和B粉的重量百分比，配制出所需的混合粉末，加入無水乙醇作為混料介質(zhì)，置于全方位行星式球磨機中混料12~36h，然后在真空干燥箱中于30-80°C干燥4~8h ;
[0008] (2)在干燥后的混合均勻的Mo-S1-B元素粉末中，添加石蠟汽油成形劑(石蠟含量為20wt.% )，石臘汽油成形劑含量占Mo-S1-B元素粉末和石臘汽油成形劑總量的5~13wt.%，均勻后再添加碳酸氫銨造孔劑，碳酸氫銨造孔劑含量占Mo-S1-B元素粉末、石蠟汽油成形劑和碳酸氫銨造孔劑總量的30~75vol.%，混合均勻后經(jīng)冷壓成型，置于高溫氣氛燒結(jié)爐中在氬氣氣氛保護下進行常壓燒結(jié)；燒結(jié)工藝為:以5~10°C /min從室溫升至300~400°C，保溫I~2h脫除成形劑和造孔劑，再以5~20°C /min升至1500~1650°C，保溫I~3h，然后爐冷至室溫。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點在于Mo5SiB2-Mo3S1-Mo5Si3三相合金多孔材料的抗腐蝕能力優(yōu)于金屬多孔材料，韌性優(yōu)于陶瓷多孔材料。通過添加碳酸氫銨造孔劑，并調(diào)整其含量和粒度，可以控制多孔材料的孔隙率和孔徑大小，獲得高孔隙率Mo-S1-B三相合金多孔材料，使其能夠滿足不同的工業(yè)需求。并且，材料的原位合成和孔隙的產(chǎn)生是一步完成的，工藝流程簡單，經(jīng)濟性良好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1 為 32.37vol% Mo5SiB2Uvol %Mo3S1-63.13vol % Mo5Si3 高孔隙率多孔材料(1600°C，2h)的 XRD 圖譜；
[0011]圖2為添加30~60vol %碳酸氫銨造孔劑制備的32.37vol % Mo5SiB2_4.5vol %Mo3S1-63.13vol% Mo5Si3高孔隙率多孔材料的孔隙率與開孔率曲線；
[0012]圖3 為 32.37vol % Mo5SiB2-4.5vol % Mo3S1-63.13vol % Mo5Si3 高孔隙率多孔材料(50VOl%碳酸氫銨，造孔劑粒度:-80+100目)的掃描電鏡形貌；
[0013]圖4 為 32.37vol%Mo5SiB2-4.5vol % Mo3S1-63.13vol % Mo5Si3 高孔隙率多孔材料(40~60vol%碳酸氫銨,造孔劑粒度:-80+100目)的孔徑分布圖；
[0014]圖5 為 32.37vol % Mo5SiB2-4.5vol % Mo3S1-63.13vol % Mo5Si3 高孔隙率多孔材料(50vol%碳酸氫銨，造孔劑粒度:(a)-50+80 目；(b)-100+150 目；(c)-150+200 目；(d) -200目)的掃描電鏡形貌；
[0015]圖6 為 32.37vol%Mo5SiB2-4.5vol % Mo3S1-63.13vol % Mo5Si3 高孔隙率多孔材料(50vol%碳酸氫銨，造孔劑粒度:-50+80目，-200目)的孔徑分布圖。
[0016]具體實例
[0017]實施例1:
[0018]按物相體積比32.37vol%Mo5SiB2-4.5vol % Mo3S1-63.13vol % Mo5Si3配制出所需混合粉末，使用商用的Mo 粉(4 μ m, 99.9wt.% )、Si 粉(6 μ m，99.999wt.% )、B粉(3.96 μ m,99.99wt.% )，加入無水乙醇作為混料介質(zhì)，置于全方位行星式球磨機中混料24h，然后在真空干燥箱中于50°C干燥6h ;在干燥后的混合均勻的Mo-S1-B元素粉末中，添加石蠟汽油成形劑(石蠟含量為20wt.%)，石蠟汽油成形劑含量占Mo-S1-B元素粉末和石蠟汽油成形劑總量的9wt.%，均勻后再添加碳酸氫銨造孔劑，碳酸氫銨造孔劑含量占Mo-S1-B元素粉末、石蠟汽油成形劑和碳酸氫銨造孔劑總量的30~60vol.%，混合均勻后稱取適量混合粉末,冷壓成Φ 13mm圓柱壓還。壓還置于高溫氣氛燒結(jié)爐中在IS氣氣氛下以5°C /min從室溫升至350 V，保溫lh，再以10°C /min升至1600 V，保溫2h，然后爐冷至室溫，得到了Φ 13 X 8mm的圓柱形試樣。其XRD圖譜如圖1，可以看出，反應(yīng)燒結(jié)制備的材料是所期望的三相合金，沒有其他物相的衍射峰存在。排水法測得其孔隙率為56~73%，開孔隙率為46~65%，其孔隙率與開孔率曲線如圖2所示。圖3為50Vol%碳酸氫銨制備的多孔材料掃描電鏡二次電子形貌，可以看出其孔結(jié)構(gòu)為I~3 μ m反應(yīng)孔和100 μ m級生成孔的復(fù)合孔結(jié)構(gòu)。圖4為壓汞儀測得的孔徑分布曲線，縱坐標(biāo)數(shù)值代表某一孔徑的孔占所有孔的體積百分比，孔徑分布呈雙峰結(jié)構(gòu)，主要集中在I~4 μ m和5~45 μ m。壓汞儀測得的比表面積為
0.168~0.18m2/g。其室溫抗壓強度為15~66MPa。
[0019]實施例2:
[0020]按物相體積比32.37vol%Mo5SiB2-4.5vol % Mo3S1-63.13vol % Mo5Si3配制出所需混合粉末，使用商用的Mo 粉(4 μ m, 99.9wt.% )、Si 粉(6 μ m，99.999wt.% )、B粉(3.96 μ m,99.99wt.% )，加入無水乙醇作為混料介質(zhì)，置于全方位行星式球磨機中混料24h，然后在真空干燥箱中于50°C干燥6h。在干燥后的混合均勻的Mo-S1-B元素粉末中，添加石蠟汽油成形劑(石蠟含量為20wt.%)，石蠟汽油成形劑含量占Mo-S1-B元素粉末和石蠟汽油成形劑總量的9wt.%，均勻后再添加占Mo-S1-B元素粉末、石蠟汽油成形劑和碳酸氫銨造孔劑總量50vol.%，粒度為-50+80目、-100+150目、-150+200目、-200目的碳酸氫銨造孔劑，混合均勻后稱取適量混合粉末，冷壓成Φ13_圓柱壓坯。壓坯置于高溫氣氛燒結(jié)爐中在氬氣氣氛下以5°C /min從室溫升至350°C，保溫lh，再以10°C /min升溫至1600°C，保溫2h，然后爐冷至室溫，得到了 Φ13Χ8_的圓柱形試樣。圖5為其掃描電鏡二次電子形貌，可以看出隨著造孔劑粒度的減小多孔材料的孔徑減小。圖6為壓汞儀測得的-50+80目、-200目造孔劑制備的多 孔材料的孔徑分布曲線。
【權(quán)利要求】
1.一種添加造孔劑制備高孔隙率鑰硅硼多孔材料的方法，其特征在于所用造孔劑為碳酸氫銨，Mo-S1-B多孔合金中三種相的體積百分比含量的范圍為0.4% -99.8% Mo5SiB2,0.1 % -99% Mo3Sij0.1 % -99% Mo5Si3 ;三種相的體積百分比范圍滿足 Mo5SiB2+Mo3Si+Mo5Si3=100% ;其具體工藝流程如下: (1)使用商用Mo粉、Si粉、B粉，按所需的Mo5SiB2-Mo3S1-Mo5Si3三種相的體積百分比含量，計算Mo粉、Si粉和B粉的重量百分比，配制出所需的混合粉末，加入無水乙醇作為混料介質(zhì)，置于全方位行星式球磨機中混料12~36h，然后在真空干燥箱中于30-80°C干燥4~8h ； (2)在干燥后的混合均勻的Mo-S1-B元素粉末中，添加石蠟汽油成形劑(石蠟含量為20wt.% )，石蠟汽油成形劑含量占Mo-S1-B元素粉末和石蠟汽油成形劑總量的5~13wt.%，均勻后再添加碳酸氫銨造孔劑，碳酸氫銨造孔劑含量占Mo-S1-B元素粉末、石蠟汽油成形劑和碳酸氫銨造孔劑總量的30~75vol.%，混合均勻后經(jīng)冷壓成型，置于高溫氣氛燒結(jié)爐中在氬氣氣氛保護下進行常壓燒結(jié)；燒結(jié)工藝為:以5~10°C /min從室溫升至300~400°C，保溫I~2h脫除成形劑和造孔劑，再以5~20°C /min升至1500~1650°C，保溫I~3h，然后爐冷至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種添加造孔劑制備高孔隙率鑰硅硼多孔材料的方法，其特征在于原料使用商用2~150 μ m，≥99.9wt.% Mo粉、2~150 μ m，≥99.9wt.% Si粉、2~150um,≥ 99.9wt.% B 粉。
【文檔編號】C22C27/04GK103952581SQ201410166718
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】張來啟, 王礞, 高強, 鐘文強, 林均, 梁永鋒 申請人:北京科技大學(xué)