[发明专利]一种有序层状金属骨架的制备方法

说明书

本发明属于轻质高强高韧金属复合材料制备技术领域，尤其涉及一种有序层状金属骨架的制备方法。该方法利用双向冷冻冰模板法，采用金属粉末作为原料，聚乙烯醇作为添加剂，可控制备有序层状金属骨架。具体方法是(1)配制有机高分子添加剂的水溶液，水浴加热溶解后自然冷却至室温，加入适量金属粉末，搅拌至均匀分散；(2)将该混合溶液利用双向冷冻法冷冻成型，并放入冷冻干燥机去除冰层，干燥40‑50h后得到带有粘结剂的层状金属骨架前驱体；(3)将该骨架置于管式炉中，氩气保护下800‑1800℃热处理5‑240min，最终得到有序层状金属骨架。本发明采用的冰模板法成本低廉，操作简便，对原料粒径要求不高并且对环境没有污染。

技术领域

本发明涉及轻质高强高韧金属复合材料制备技术领域，更具体的说是涉及一种有序层状金属骨架的制备方法。

背景技术

金属材料是人类社会使用最为广泛的材料之一，包括纯金属及合金。合金综合了其组成成分的各类金属与非金属材料的优点，包括强度、韧性、硬度、耐腐蚀、抗氧化、导电性、导热性以及光、电、磁特性。

在合金的制备方法中，液相熔渗法是一种固结成型工艺，它是生产低熔点金属和高熔点金属两相(或多相)复合材料的理想成型方法，拥有工艺简短、成本低廉等优点。

然而，传统液相熔渗法中，作为熔渗框架的高熔点金属骨架(如铬骨架、钨骨架、钛骨架、钼骨架)仅为粉末混合研磨压制烧结融化后形成，只形成无序的多孔结构，因而机械强度较低、使用寿命短、缺陷较多。目前，我国的高压断路器采用的新型SF6断路器，该断路器的灭弧室中使用自力型CuW/CuCr整体电触头，其中主触头和中间触头均为CuCr合金，弧触头分为两部分：头部为耐电弧烧损CuW合金部分，其余为提供弹性、导电性的CuCr合金部分，两部分通过熔焊或粉末冶金方法连接。合金成型后触头在服役过程中也存在较多问题，例如：电弧烧蚀及触头间的摩擦使触头产生的质量受损和外形变化，触头表面凹凸不平、裂纹缝隙、触头材料侵蚀、转移与材料相变以及高温下的化学反应，引起触头接触电阻增加而失效。

为解决传统液相熔渗法制备合金的相关问题，从熔渗框架金属骨架的微观结构出发，以增强增韧的微观结构作为目标模型。天然贝壳珍珠层具有层状文石与有机基质层状复合结构，具有极优秀的综合机械性能。冰模板法是一种优秀的仿贝壳层状结构材料制备方法，能够形成具有微米尺度的有序层状结构材料。

将冰模板法应用到金属骨架领域，能形成微纳尺度的金属骨架，并且引入仿贝壳的层状微观结构。在液相熔渗法中使用改进后的金属骨架，不仅能提升骨架的机械强度，还能优化熔渗过程，使成型后的合金缺陷减少、寿命增加、具备高强高韧的优异物理性能。

发明内容

本发明的目的是针对传统液相熔渗法制备工艺的不足，以亚微米尺寸的的金属粉末作为原料，以天然珍珠层状微结构为目标模型，制备液相熔渗法中使用的前驱体金属骨架(铬、钨、钛、钼)。除灭弧室弧触头外，此金属骨架的制备方法还可适用于真空开关、电极材料、散热器、以及航空航天领域。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种有序层状金属骨架的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取0.1-0.3g有机高分子添加剂将其分散在4mL水中，然后在60-70℃下水浴加热2h，自然冷却至室温，得到有机高分子添加剂的水溶液；

(2)在有机高分子添加剂的水溶液中加入0.6-1.6g亚微米尺寸的金属粉末，搅拌24-36h，得到混合均匀的悬浊液浆料；

(3)将悬浊液浆料冷冻成型，得到冷冻试样；

(4)冷冻试样转移入冷冻干燥机中，干燥40-50h，去除冰层后得到带有粘结剂的层状金属骨架前驱体；

(5)将有序层状金属骨架前驱体在氩气保护下进行热处理得到层状金属骨架。