結(jié)構(gòu)可控的鎂基三維多孔材料的制備方法
【專(zhuān)利摘要】一種結(jié)構(gòu)可控的鎂基三維多孔材料的制備方法，該多孔材料的基體材料為純鎂或者鎂合金并且其中充滿(mǎn)了三維貫通的孔隙，所述多孔材料具有根據(jù)使用要求而設(shè)定的結(jié)構(gòu)，所述制備方法包括，首先根據(jù)所述設(shè)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用于造孔的三維空間構(gòu)型，然后將金屬絲繞制或編織成該三維空間構(gòu)型，之后通過(guò)無(wú)壓滲透方法或者吸鑄方法將鎂基金屬材料熔液滲入該三維空間構(gòu)型中，冷卻后形成鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)，最后采用化學(xué)腐蝕方法將該鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)中的三維空間構(gòu)型金屬絲去除，形成具有設(shè)定的結(jié)構(gòu)的鎂基三維多孔材料。本發(fā)明通過(guò)調(diào)整改變金屬絲的三維空間構(gòu)型，制備不同結(jié)構(gòu)和性能的鎂基三維多孔材料，從而滿(mǎn)足了生物醫(yī)學(xué)、能量交換、凈化過(guò)濾、催化電極等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】結(jié)構(gòu)可控的鎂基三維多孔材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型材料的制備方法，具體涉及一種結(jié)構(gòu)可控的鎂基三維多孔材料的制備方法，屬于材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔材料由于其低密度以及優(yōu)良的熱學(xué)、電學(xué)和力學(xué)等性能被廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)、能量交換、凈化過(guò)濾和催化電極等領(lǐng)域，其中多孔鎂(鎂合金)由于其比強(qiáng)度高和比剛度高等優(yōu)良性能，以及金屬鎂在自然中含量豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)而備受青睞。目前制備鎂基多孔材料的方法主要有粉末冶金法和真空滲流鑄造法等，但是這些制備方法都存在有工藝復(fù)雜、成本高、對(duì)設(shè)備要求較高、多孔材料的孔徑大小和孔隙形貌不易調(diào)節(jié)等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有鎂基多孔材料制備方法的不足，提供一種結(jié)構(gòu)可控的鎂基三維多孔材料的制備方法，能夠制備出內(nèi)部為人為可調(diào)控的三維多孔結(jié)構(gòu)的鎂基多孔材料，使之具有不同的結(jié)構(gòu)、力學(xué)、物理等性能，以滿(mǎn)足不同的使用要求。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是:
[0005]一種結(jié)構(gòu)可控的鎂基三維多孔材料的制備方法，該多孔材料的基體材料為純鎂或者鎂合金并且其中充滿(mǎn)了三維貫通的孔隙，所述多孔材料具有根據(jù)使用要求而設(shè)定的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述制備方法包括，首先根據(jù)所述設(shè)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用于造孔的三維空間構(gòu)型，然后將金屬絲繞制或編織成該三維空間構(gòu)型，之后通過(guò)無(wú)壓滲透方法或者吸鑄方法將鎂基金屬材料熔液滲入該三維 空間構(gòu)型中，冷卻后形成鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)，最后采用化學(xué)腐蝕方法將該鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)中的三維空間構(gòu)型金屬絲去除，形成具有設(shè)定的結(jié)構(gòu)的鎂基三維多孔材料。
[0006]所述的設(shè)定的結(jié)構(gòu)是指，設(shè)定的鎂基三維多孔材料的孔隙大小、孔隙分布、孔隙率和孔隙間的連通性。
[0007]所述的設(shè)定的鎂基三維多孔材料的孔隙率在5%_95%的范圍內(nèi)選取。
[0008]所述的金屬絲為鐵絲、鈦絲或招絲，其直徑為0.005mm-5mm。
[0009]所述的鎂基三維多孔材料的抗壓強(qiáng)度為0.0 lMPa_300MPa，壓縮彈性模量為
0.01MPa-40GPa。
[0010]所述的化學(xué)腐蝕方法所使用的腐蝕液及腐蝕工藝根據(jù)所述金屬絲的種類(lèi)、直徑以及所述鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀確定。
[0011]所述的使用要求是指，所述鎂基三維多孔材料在包括生物醫(yī)學(xué)、能量交換、凈化過(guò)濾和催化電極在內(nèi)的各領(lǐng)域中的應(yīng)用要求。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明先根據(jù)鎂基多孔材料的應(yīng)用要求確定其結(jié)構(gòu)，并由該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出造孔的三維空間構(gòu)型，然后將金屬絲編繞成該三維空間構(gòu)型，并將鎂基金屬材料熔液滲入該三維空間構(gòu)型以形成鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)，最后采用化學(xué)腐蝕去除該鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)中的金屬絲，形成鎂基三維多孔材料。因此通過(guò)調(diào)整改變金屬絲的三維空間構(gòu)型，即改變其孔隙大小、孔隙分布、孔隙率等，以及腐蝕去除金屬絲，本發(fā)明所制備的鎂基多孔材料就能夠具有不同的設(shè)定結(jié)構(gòu)，從而調(diào)整改變鎂基多孔材料的力學(xué)、物理等性能，以滿(mǎn)足不同的使用要求。換言之，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了鎂基多孔材料結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確可控，能夠制備不同性能的鎂基三維多孔材料，從而滿(mǎn)足了生物醫(yī)學(xué)、能量交換、凈化過(guò)濾、催化電極等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明的方法流程圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的方法步驟示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明制備的鎂基三維多孔材料的構(gòu)造形貌放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明為一種根據(jù)使用要求制備不同結(jié)構(gòu)和性能的鎂基三維多孔材料的方法。所制備的鎂基三維多孔材料的基體材料為純鎂或者鎂合金，并且其中充滿(mǎn)了三維貫通的孔隙，該鎂基三維多孔材料具有設(shè)定的結(jié)構(gòu)，該設(shè)定的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)不同的使用要求進(jìn)行調(diào)整改變而不同。所述設(shè)定的結(jié)構(gòu)是指，設(shè)定的鎂基三維多孔材料的孔隙大小、孔隙分布、孔隙率和孔隙間的連通性等要素。所述的使用要求是指，所述鎂基三維多孔材料在包括生物醫(yī)學(xué)、能量交換、凈化過(guò)濾和催化電極在內(nèi)的各領(lǐng)域中的應(yīng)用要求。
[0017]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)可控的鎂基三維多孔材料的制備方法包括如下內(nèi)容:
[0019]首先根據(jù)所要制備的 鎂基三維多孔材料的設(shè)定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用于造孔的三維空間構(gòu)型，所設(shè)定結(jié)構(gòu)的孔隙率在5%-95%的范圍內(nèi)選??；然后將金屬絲繞制或編織成該三維空間構(gòu)型，見(jiàn)圖2a，該金屬絲為鐵絲、鈦絲或鋁絲等金屬絲，其直徑為0.005mm-5mm ;之后通過(guò)無(wú)壓滲透方法或者吸鑄方法將鎂基金屬材料熔液滲入該三維空間構(gòu)型中，冷卻后形成鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2b ;最后采用化學(xué)腐蝕方法將該鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)中的三維空間構(gòu)型金屬絲去除，形成具有設(shè)定的結(jié)構(gòu)的鎂基三維多孔材料，見(jiàn)圖2c，該化學(xué)腐蝕方法所使用的腐蝕液及腐蝕工藝根據(jù)所述金屬絲的種類(lèi)、直徑以及所述鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀確定；制備的鎂基三維多孔材料可以根據(jù)使用場(chǎng)合、使用性能等要求進(jìn)行不同的后續(xù)處理，最后得到的鎂基三維多孔材料的抗壓強(qiáng)度范圍為0.01MPa-300MPa，壓縮彈性模量范圍為0.01MPa-40GPa，其構(gòu)造的微觀形貌見(jiàn)圖3。
[0020]以下為本發(fā)明的實(shí)施例。
[0021]實(shí)例I
[0022]根據(jù)所要制備的鎂基三維多孔材料的設(shè)定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用于造孔的三維空間構(gòu)型，所設(shè)定結(jié)構(gòu)的孔隙率為5% ;然后采用直徑0.005mm的鐵絲，編織成設(shè)定結(jié)構(gòu)和95%孔隙率的三維空間構(gòu)型；通過(guò)吸鑄技術(shù),將Mg-RE合金熔液注入該三維空間構(gòu)型內(nèi)部，冷卻后形成鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)；將該鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)在HF溶液中浸泡72小時(shí)以上，使得其中的鐵絲完全腐蝕溶解，形成孔隙率為5%的Mg-RE三維多孔材料，其抗壓強(qiáng)度是300MPa，彈性模量是40GPa，適用于熱交換、凈化過(guò)濾等領(lǐng)域。
[0023]實(shí)例2
[0024]根據(jù)所要制備的鎂基三維多孔材料的設(shè)定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用于造孔的三維空間構(gòu)型，所設(shè)定結(jié)構(gòu)的孔隙率為47% ;然后采用直徑0.26mm的鈦絲，用繞制機(jī)械制備成設(shè)定結(jié)構(gòu)和53%孔隙率的三維空間構(gòu)型；通過(guò)無(wú)壓滲透技術(shù)，將醫(yī)用純鎂熔液滲入該三維空間構(gòu)型內(nèi)部，冷卻后形成鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)；將該鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)在HF溶液中浸泡72小時(shí)以上，使得其中的鈦絲完全腐蝕溶解，形成孔隙率為47%的Mg三維多孔材料，其抗壓強(qiáng)度是
4.88MPa，彈性模量是0.24GPa，適用于生物醫(yī)學(xué)或催化電極等領(lǐng)域。
[0025]實(shí)例3
[0026]根據(jù)所要制備的鎂基三維多孔材料的設(shè)定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用于造孔的三維空間構(gòu)型，所設(shè)定結(jié)構(gòu)的孔隙率為95% ;然后采用直徑5mm的鋁絲，用繞制機(jī)械制備成設(shè)定結(jié)構(gòu)和5%孔隙率的三維空間構(gòu)型；通過(guò)吸鑄技術(shù)，將Mg-Ca合金熔液注入該三維空間構(gòu)型內(nèi)部，冷卻后形成鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)；將該鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)在HF溶液+添加劑溶液中浸泡72小時(shí)以上，使得其中的鋁絲完全腐蝕溶解，形成孔隙率為95%的Mg-Ca三維多孔材料，其抗壓強(qiáng)度是0.01MPa，彈性模量是 0.01MPa，適用熱吸收、催化等領(lǐng)域。
【權(quán)利要求】
1.一種結(jié)構(gòu)可控的鎂基三維多孔材料的制備方法，該多孔材料的基體材料為純鎂或者鎂合金并且其中充滿(mǎn)了三維貫通的孔隙，所述多孔材料具有根據(jù)使用要求而設(shè)定的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述制備方法包括，首先根據(jù)所述設(shè)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用于造孔的三維空間構(gòu)型，然后將金屬絲繞制或編織成該三維空間構(gòu)型，之后通過(guò)無(wú)壓滲透方法或者吸鑄方法將鎂基金屬材料熔液滲入該三維空間構(gòu)型中，冷卻后形成鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)，最后采用化學(xué)腐蝕方法將該鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)中的三維空間構(gòu)型金屬絲去除，形成具有設(shè)定的結(jié)構(gòu)的鎂基三維多孔材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)可控的鎂基三維多孔材料的制備方法，其特征在于:所述的設(shè)定的結(jié)構(gòu)是指，設(shè)定的鎂基三維多孔材料的孔隙大小、孔隙分布、孔隙率和孔隙間的連通性。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)可控的鎂基三維多孔材料的制備方法，其特征在于:所述的設(shè)定的鎂基三維多孔材料的孔隙率在5%-95%的范圍內(nèi)選取。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)可控的鎂基三維多孔材料的制備方法，其特征在于:所述的金屬絲為鐵絲、鈦絲或招絲，其直徑為0.005mm-5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)可控的鎂基三維多孔材料的制備方法，其特征在于:所述的鎂基三維多孔材料的抗壓強(qiáng)度為0.01MPa-300MPa，壓縮彈性模量為0.01MPa_40GPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的結(jié)構(gòu)可控的鎂基三維多孔材料的制備方法，其特征在于:所述的化學(xué)腐蝕方法所使用的腐蝕液及腐蝕工藝根據(jù)所述金屬絲的種類(lèi)、直徑以及所述鎂基金屬絲復(fù)合結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)可控的鎂基三維多孔材料的制備方法，其特征在于:所述的使用要求是指，所述鎂基三維多孔材料在包括生物醫(yī)學(xué)、能量交換、凈化過(guò)濾和催化電極在內(nèi)的各領(lǐng)域中的應(yīng)用要求。
【文檔編號(hào)】C22C1/08GK103589888SQ201310542110
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】何國(guó), 江國(guó)峰 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)