一種二氧化鈦原位還原制備多孔鈦的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二氧化鈦原位還原制備多孔鈦的方法，屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]自20世紀(jì)60年代以來(lái)國(guó)內(nèi)外材料工作者在金屬多孔材料方面做了大量的研究工作。研究發(fā)現(xiàn)，金屬多孔材料除了具有金屬材料的可焊性等基本的金屬屬性之外，由于大量的內(nèi)部孔隙金屬多孔材料表現(xiàn)出諸多優(yōu)異的特性，如質(zhì)量輕、比表面積大、能量吸收性好、導(dǎo)熱率低、換熱散熱能力高、吸聲性好、滲透性優(yōu)等。而多孔鈦不僅具有普通金屬多孔材料的特性，還具有密度小、比強(qiáng)度高耐蝕性和良好的生物相容性等獨(dú)具的優(yōu)異性能。因此被廣泛應(yīng)用于航空航天等軍工部門及化工冶金輕工醫(yī)藥等民用部門。
[0003]多孔鈦的制備方法有很多，如粉末冶金法、纖維冶金法鑄造法、自蔓延高溫合成等。目前多孔鈦的制備主要以鈦粉或鈦纖維為原料，加以各種造孔介質(zhì)，通過(guò)真空燒結(jié)獲得各種孔結(jié)構(gòu)的多孔鈦。公開(kāi)號(hào)為CN103290248A的發(fā)明專利公布了一種顆粒增強(qiáng)耐磨多孔鈦的制備方法，該方法使10~100 μ m的碳酸氫銨為造孔劑，并添加TiC為耐磨材料，將鈦粉、造孔劑和耐磨材料混合在一定壓力下壓制成型，得到粉末壓坯，將得到的粉末壓坯在加熱爐內(nèi)加熱200~400°C，保溫0.5~2h，去除造孔劑，然后再將粉末壓坯置于真空燒結(jié)爐內(nèi)在1150~1300°C，燒結(jié)2~4h，得到多孔鈦材料。公開(kāi)號(hào)為CN102021355A的發(fā)明專利公開(kāi)了一種生物醫(yī)用材料的制備方法，將鈦粉和氫化鈦顆?；旌希谡婵窄h(huán)境中對(duì)粉體施加脈沖電壓，產(chǎn)生等離子體對(duì)混合粉末顆粒表面進(jìn)行活化，活化完成后在常壓下用直流電將粉末材料快速加熱至800~1000°C，之后關(guān)閉直流電，冷卻得到多孔鈦。
[0004]Sung Won Kim等利用Mg粉為占位體，通過(guò)鈦粉與鎂粉混合、壓制、鹽酸洗滌、燒結(jié)過(guò)程制備了孔徑為132-262 μπι、孔結(jié)構(gòu)連通、壓縮強(qiáng)度為59-280MPa的多孔鈦器件。
[0005]本發(fā)明不同于上述方法，提出以二氧化鈦為原料，添加造孔劑進(jìn)行燒結(jié)得到多孔鈦前驅(qū)體，然后經(jīng)過(guò)鈣熱原位還原，直接獲得多孔鈦。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種二氧化鈦原位還原制備多孔鈦的方法。本方法以二氧化鈦為原料，添加造孔劑進(jìn)行燒結(jié)得到多孔鈦前驅(qū)體，然后經(jīng)過(guò)鈣熱原位還原，直接獲得多孔鈦，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0007]—種二氧化鈦原位還原制備多孔鈦的方法，其具體步驟如下:
(1)首先將T12與造孔劑分別研磨至粒度為50μπι以下，然后將研磨后得到的T1 2與造孔劑粉末混合均勻，在100?250Mpa壓力下壓制成型；
(2)將經(jīng)步驟(I)壓制成型的物料以小于5°C/min升溫速率升溫至600?1100°C燒結(jié)3h?6h去除造孔劑后制備得到多孔鈦前驅(qū)體；
(3)將經(jīng)步驟(2)得到的多孔鈦前驅(qū)體按照鈣與二氧化鈦質(zhì)量比多2:1加入金屬鈣，然后將真空爐內(nèi)壓力抽至小于5Pa、以升溫速率小于5°C /min、還原溫度為1000?1100°C進(jìn)行鈣蒸氣還原24h?60h，待冷卻后，取出還原產(chǎn)物，將還原產(chǎn)物采用稀鹽酸浸出，浸出完成后用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌，經(jīng)80°C真空干燥24h后得到多孔鈦。
[0008]所述步驟(I)中造孔劑為碳酸氫銨、高純石墨或淀粉，造孔劑加入量為T12的質(zhì)量5%?20%。
[0009]所述步驟(3)中稀鹽酸濃度為鹽酸與水的體積比為1:10，還原產(chǎn)物與稀鹽酸的固液比為 0.01 -0.04:lg/mlo
[0010]所述步驟(3)中浸出時(shí)間為10?24h。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明與其他方法相比，其優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)直接有二氧化鈦原位還原制備多孔結(jié)構(gòu)的鈦材料，流程短。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的多孔前軀體SEM圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的多孔前軀體SEM圖；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的多孔前軀體SEM圖；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的多孔鈦結(jié)構(gòu)SEM-EDS圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0014]實(shí)施例1
如圖1所示，該二氧化鈦原位還原制備多孔鈦的方法，其具體步驟如下:
(1)首先將T12與造孔劑分別研磨至粒度為50μπι以下，然后將研磨后得到的T1 2與造孔劑粉末混合均勻，在200Mpa壓力下壓制成型；其中造孔劑為碳酸氫銨，造孔劑加入量為T12的質(zhì)量5% ;
(2)將經(jīng)步驟(I)壓制成型的物料以5°C/min升溫速率升溫至600°C燒結(jié)3h去除造孔劑后制備得到多孔鈦前驅(qū)體(如圖2所示)；
(3)將經(jīng)步驟(2)得到的多孔鈦前驅(qū)體按照鈣與二氧化鈦質(zhì)量比為2:1加入金屬鈣，然后抽真空至爐內(nèi)壓力為5Pa、升溫速率為5°C /min、還原溫度為1000°C進(jìn)行鈣熱還原48h，待冷卻后，取出還原產(chǎn)物，將還原產(chǎn)物采用稀鹽酸浸出，浸出完成后用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌，經(jīng)80°C真空干燥24h后得到多孔鈦，其中稀鹽酸濃度為鹽酸與水的體積比為1:10，還原產(chǎn)物與稀鹽酸的固液比為0.04:lg/ml，浸出時(shí)間為24h。
[0015]實(shí)施例2
如圖1所示，該二氧化鈦原位還原制備多孔鈦的方法，其具體步驟如下:
(1)首先將T12與造孔劑分別研磨至粒度為50μπι以下，然后將研磨后得到的T1 2與造孔劑粉末混合均勻，在200Mpa壓力下壓制成型；其中造孔劑為高純石墨，造孔劑加入量為T12的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20% ;
(2)將經(jīng)步驟(I)壓制成型的物料以2°C/min升溫速率升溫至1000°C燒結(jié)6h去除造孔劑后制備得到多孔鈦前驅(qū)體(如圖3所示)； (3)將經(jīng)步驟(2)得到的多孔鈦前驅(qū)體按照鈣與二氧化鈦質(zhì)量比為4:1加入金屬鈣，然后抽真空至爐內(nèi)壓力為3Pa、升溫速率為3°C /min、還原溫度為1000°C進(jìn)行鈣熱還原60h，待冷卻后，取出還原產(chǎn)物，將還原產(chǎn)物采用稀鹽酸浸出，浸出完成