一种多孔材料的制作方法

本发明涉及一种多孔材料。
背景技术：
：多孔材料作为一种兼具功能和结构双重属性的性能优异的新型工程材料，在冶金机械、石油化工、能源环保、国防军工、核技术和生物制药、医疗器械等行业得到了广泛应用。例如，多孔材料可用于吸能减震、消音降噪，如用于汽车的防冲档，用作滤音器；多孔材料可用于将气体或液体进行过滤与分离，从而达到介质的净化与分离作用；多孔材料可用于热交换器，效率很高；多孔材料如泡沫镍、泡沫铜可作为优秀的电极材料，适用于各种蓄电池、燃料电池和太阳能电池；多孔材料如多孔钛、多孔钽、多孔羟基磷灰石等可用作生物材料，如人工骨、牙齿等；多孔陶瓷可用作催化剂载体，以促进反应；硬质聚氨酯泡沫塑料可用作隔热保温材料，广泛用于建筑节能；聚合物泡沫材料用作天线罩和无线电发射的外壳。目前，很多多孔材料的应用要求都需要其材料本身均匀，即孔径大小、孔的分布均匀，使得性能均匀一致，但实际上，有很多多孔材料达不到要求，究其原因是其均匀性不足；尽管有的材料经过改进自称达到了较高的均匀性，但是其均匀性仍是大体积尺度下的均匀性，若用小体积尺度进行衡量比较，比如在材料上任取多块体积不大于1cm3的三维体，分别测其质量，其不均匀程度差异仍然非常大，即目前的多孔材料所称的均匀性只是大体积尺度下的均匀，而不是小体积尺度下的均匀，也可以说多孔材料的小体积尺度的不均匀造成多孔材料的各种性能如强度、弹性模量等的不均匀，也因此使得多孔材料真正的弹性模量不能有效降低，从而严重影响其功能。技术实现要素：本发明的目的在于给出高度均匀的多孔材料，该种多孔材料的弹性模量能有效降低。本发明目的通过如下技术方案实现：一种多孔材料，其孔呈均匀性分布，其特征在于：该孔的均匀性分布是指各孔在多孔材料上任意单位级体积下均呈均匀性分布；且该多孔材料的弹性模量值比制得该多孔材料所采用的原材料本身的弹性模量值下降10-99%。上述单位级体积是指立方厘米级或立方毫米级或更小单位级体积。上述孔的均匀性分布是指在该多孔材料上任取的体积不大于1cm3且相同大小的各三维体，它们的质量基本相当。所述质量基本相当是指在多孔材料上任取的多个体积不大于1cm3且相同大小的三维体，分别称其质量，得到它们质量的平均值，任一三维体质量相对于质量平均值的偏差绝对值不大于三维体质量平均值的4%。进一步说，在多孔材料上任取的多个体积不大于1cm3的相同大小的三维体，分别称其质量，得到它们质量的平均值，任一三维体质量相对于质量平均值的偏差绝对值不大于三维体质量平均值的2%，其均匀性更高，多孔材料的性能更加稳定。进一步，在该多孔材料上任取的体积不大于1mm3的相同大小的三维体，它们质量基本相当。同样地，这里的质量基本相当是指在多孔材料上任取的多个体积不大于1mm3的相同大小的三维体，分别称其质量，得到它们质量的平均值，任一三维体质量相对于质量平均值的偏差绝对值不大于三维体质量平均值的4%。或者更均匀的情形是指在多孔材料上任取的多个体积不大于1mm3的相同大小的三维体，分别称其质量，得到它们质量的平均值，任一三维体质量相对于质量平均值的偏差绝对值不大于三维体质量平均值的2%。本发明更进一步提供的多孔材料，它是以材料孔径大小进行分级的孔，及围绕形成孔的腔壁构成，呈三维空间围绕构成上级大孔的腔壁上设置下级小孔，该种高度均匀的多孔材料相对于单一孔隙的多孔材料有更多的功能，该多孔材料的弹性模量值可以在不同的尺度下予以控制。更进一步说，该多孔材料的弹性模量值下降50-99%。更进一步说，该多孔材料的弹性模量值下降70-99%。本发明的有益效果：1、本发明较现有技术提及的多孔材料的孔分布均匀更为具体明确，是在更小单位级体积的尺度下来要求多孔材料的孔分布均匀性，这样的多孔材料的孔是高度均匀的，从而保证了多孔材料的各种性能的均匀一致性。2、本发明所述的多孔材料是在立方厘米级或立方毫米级或更小的单位级体积下孔分布均匀，其质量基本相当，从而真正降低多孔材料的整体弹性模量。附图说明下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明。图1为本发明所述多孔材料的结构示意图，1-1为主视图，1-2为左视图，1-3为俯视图；图2为本发明所述多孔材料实施例4的结构示意图，2-1为主视图，2-2为左视图，2-3为俯视图；图3为图2局部A放大图；图4为图3B-B截面图。具体实施方式具体实施方式以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施方式。在不脱离和改变本发明上述技术思想情况下，根据本领域的普通技术知识和/或惯用手段，显然还可以做出多种形式的替换或变更，并均应包括在本发明的范围之内。如图1所示，1为孔，2为孔的腔壁，孔是均匀分布的。从图2可知，孔3的腔壁4由更小的孔5（下一级孔）及围绕孔5的腔壁6构成，结合图3对腔壁4的放大图、图4B-B截面图可知，孔5是三维贯通的，且两级孔彼此也三维贯通。以下详细给出本发明的实施例：实施例1：本实施例的多孔材料为多孔不锈钢316，孔隙率为75.5%，由棱边为100μm，棱直径为30μm，单元为12棱边的正方体形的框架构成，用机械加工方法在该多孔材料上任取10件10mm×10mm×10mm的相同尺寸的三维体，用梅特勒-托利多XP26Microbalance天平测试其质量，结果如表1所示，其中，相对于平均值的偏差绝对值用百分比表示，其值为相对于平均值的偏差绝对值除以质量平均值，由表1可知，其质量偏差小于4%。表1按照GBT/7314-2005《金属材料室温压缩试验方法》，采用Instron力学试验机测试上述多孔不锈钢316压缩应力-应变曲线，其应力-应变曲线显示的初始变形为弹性变形，取弹性变形部分应力值与相应应变值之比即为弹性模量，测得弹性模量数值为35.1GPa，比多孔材料采用的原材料本身的弹性模量值下降82%。该种多孔不锈钢316的制备方法如下：（1）采用颗粒形状基本为球形的316不锈钢粉末，平均粒度为10±2μm；（2）用CAD软件造型，作出棱边为102μm，棱直径为30μm，单元为12棱边的正方体形的框架形多孔材料模型；（3）将多孔材料模型导入HRPM-IIB型选择性激光熔化快速成形系统，按照CAD软件造型扫描，扫描速度为200mm/min，激光束每完成一层切片面积的扫描，工作缸相对于激光束焦平面(成形平面)相应地下降一个切片层厚的高度，切片层厚为30μm；（4）进行去应力退火处理；（5）喷砂处理。该种材料用于制作滤芯。实施例2：本实施例的多孔材料为多孔镍，孔隙率为83%，孔径平均值为113μm，用机械加工方法在该多孔材料上任取10件10mm×10mm×8mm的相同尺寸的三维体，用梅特勒-托利多XP26Microbalance天平测试其质量，结果如表2所示，其中，相对于平均值的偏差绝对值用百分比表示，其值为相对于平均值的偏差绝对值除以质量平均值，由表2可知，其质量偏差小于2%。表2用实施例1方法测得该种材料的弹性模量为15.6GPa，比多孔材料所采用的原材料本身的弹性模量值下降91%。该种多孔镍的制备方法如下：（1）基材预处理：选择孔径为152±3μm的聚氨酯海绵，用盐酸进行预处理；（2）导电化处理：采用物理气相沉积方式，在聚氨酯海绵上沉积一层镍层；（3）电镀：用脉冲电流法对上述导电化处理的聚氨酯海绵进行电镀，在海绵棱上再电镀一层镍镀层；（4）还原烧结：在含70%氢气和30%氮气的保护气氛中进行还原处理，制得多孔镍材料。该种材料用于制作电极。实施例3：本实施例的多孔材料为多孔聚乳酸，孔隙率为66%，孔径平均值为20μm，用机械加工方法在该多孔材料上任取10件1mm×1mm×1mm的相同尺寸的三维体，用梅特勒-托利多XP26Microbalance天平测试其质量，结果如表3所示，其中，相对于平均值的偏差绝对值用百分比表示，其值为相对于平均值的偏差绝对值除以质量平均值，由表3可知，其质量偏差小于4%。表3参照GBT/1041-2008《塑料压缩性能的测定》，用实施例1方法测得该种材料的弹性模量为0.96GPa，比多孔材料采用的原材料本身的弹性模量值下降68%。该种多孔聚乳酸的制备方法如下：（1）将聚乳酸在液氮中冷冻，经高速粉碎机粉碎，筛取20μm粒径的颗粒；（2）选取20μm粒径的NaCl颗粒；（3）将聚乳酸颗粒与NaCl颗粒按重量比17/33比例混合，在22℃下用低速搅拌机按60r/min搅拌2小时，使其均匀混合；（4）将上述混合物放入密闭模具内，在75℃、7MPa下压制成块体；（5）将上述块体放入双蒸水中浸泡72小时，每6小时换一次水，将NaCl完全去除，既得多孔聚乳酸。该种材料用于制作医用植入物。实施例4：本实施例的多孔材料为多孔铌，具有二级孔结构，以材料孔径大小进行分级，其各级孔及各级孔之间是三维贯通的，总有效孔隙率为94%，大孔平均孔径为122μm，在大孔的腔壁上有平均孔径10μm的贯通的小孔。用机械加工方法在该多孔材料上任取9件10mm×10mm×10mm的相同尺寸的三维体，用梅特勒-托利多XP26Microbalance天平测试其质量，结果如表4所示，其中，相对于平均值的偏差绝对值用百分比表示，其值为相对于平均值的偏差绝对值除以质量平均值，由表4可知，其质量偏差不大于4%。表4件号质量（mg）相对于平均值的偏差绝对值（%）1512.8451.3%2513.3651.2%3504.0113%4508.1692.2%5510.2471.8%6498.8164%7532.5902.5%8529.9922%9524.7961%质量平均值519.600用实施例1方法测得该种材料的弹性模量为1.05GPa，比多孔材料所采用的原材料本身的弹性模量值下降99%。该种多孔铌的制备方法是：（1）材料准备采用10µm的铌粉和粒径为15µm的尿素作为最小级孔造孔剂，将其均匀混合，并用15µm的淀粉作为粘合剂，按照铌粉：尿素：淀粉：蒸馏水体积比1：1.5：1：7配制成浆料。将所述浆料用泡沫浸渍法均匀填充入棱直径为160±3µm的聚酯泡沫中，形成坯体并干燥，然后破碎得到颗粒为160±3µm的含有铌粉、造孔剂与聚酯泡沫的混合颗粒。（2）将混合颗粒、粒径为160±3µm的甲基纤维素按体积比1：8均匀混合放入密闭模具压制成致密坯体。（3）将致密坯体真空烧结，烧结后的坯体按照铌的常规工艺进行后续处理得到孔级数为二级的本实施例所述多孔铌。该种材料用于制作医用植入物。实施例5：本实施例的多孔材料为多孔铜，孔隙率为45.2%，孔径平均值为180nm，用机械加工方法在该多孔材料上任取10件1mm×1mm×1mm的相同尺寸的三维体，用梅特勒-托利多XP26Microbalance天平测试其质量，结果如表5所示，其中，相对于平均值的偏差绝对值用百分比表示，其值为相对于平均值的偏差绝对值除以质量平均值，由表5可知，其质量偏差小于2%。表5件号质量（mg）相对于平均值的偏差绝对值（%）14.7300.8%24.7250.9%34.7061.3%44.6921.6%54.7151.1%64.8591.9%74.8201.1%84.8110.9%94.8251.2%104.8010.7%质量平均值4.768用实施例1方法测得该种材料的弹性模量为99GPa，比多孔材料采用的原材料本身的弹性模量值下降10%。该种多孔铜的制备方法如下：（1）选取粒径为200±4nm的聚苯乙烯小球；（2）将上述聚苯乙烯小球组装形成三维有序排列的胶体模板；（3）制备纳米铜晶溶液；（4）将纳米铜晶溶液直接引入聚苯乙烯小球制成的三维胶体模板中，溶液渗入到聚苯乙烯小球之间；（5）将三维胶体模板/纳米铜晶溶液的混合物干燥；（6）用氯仿溶解聚苯乙烯小球，即制得本实施例所述多孔铜。该种材料用于制作靶材。当前第1页1 2 3