一种具有梯度孔径的Ni-Cr-Cu多孔材料及其制备方法

一种具有梯度孔径的ni-cr-cu多孔材料及其制备方法
技术领域
1.本发明属于无机多孔材料领域，具体涉及一种具有梯度孔径的ni-cr-cu多孔材料及其制备方法。
技术背景
2.黄磷作为金属磷化物、三氯化磷、五硫化磷、次磷酸盐等的起始原料，其下游产品众多，主要用于医药、食品、电子工业，附加值高，与人类日常生活密切相关，在国民经济各个领域发挥着重要作用。磷化工技术开发的一个重要方面就是开发黄磷提纯技术。目前还没有超纯黄磷提纯的工业化装置。现存的氧化法、碘化物法、萃取法等化学净化法存在净化材料消耗大、步骤繁琐时间长等缺点。而微米过滤净化法不仅对脱除最难去除的杂质——砷和金属离子杂质有效，对脱除有机物也十分有效，能有效实现黄磷的进一步提纯。
3.多孔材料由相互连通或封闭的孔洞所构成，一般具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点。其孔隙能透过气、液介质，被广泛应用到石油、冶金、医药等行业的分离、过滤工艺过程中。具有梯度孔径的多孔材料是指在某一方向上材料的孔径大小呈现连续性变化，这使材料在满足过滤精度的同时提高了过滤效率。
4.氯化钙熔点782℃，沸点1600℃，稳定性好，无毒，价格低廉，易溶于水，100g水在100℃时能溶解159gcacl2，试样烧结后通过浸泡水，可消除cacl2，形成大小可控的孔洞。
5.ni和cu即具有较高的强度和韧性，又具有优良的抗还原酸及强碱介质和海水等腐蚀的能力，cr元素的加入起到耐氧化性介质的作用，同时有抵抗局部腐蚀的作用。三种元素经过高温烧结可形成比较稳定且均匀的固溶体，在元素分布均匀的位置上可形成连通的孔结构，实现孔洞的均匀分布。ni-cr-cu合金本身在各种酸、碱、盐溶液环境中的强抗腐蚀性，在解决黄磷提纯中的微滤问题上具有很高的研究价值。
6.综上所述，本发明利用氯化钙易溶于水且高温不易挥发这一特性，在金属粉末中混合氯化钙，经过高温烧结后浸泡去离子水，得到具有梯度孔径的多孔材料。基于此法制备的ni-cr-cu梯度多孔材料，孔径大小可调节，高过滤效率与过滤精度同时具备，且工艺简单节约成本，对黄磷过滤、提纯有很大的经济价值。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种具有梯度孔径的ni-cr-cu多孔材料的制备方法，该制备方法简单，操作难度低，仅需一次烧结，污染低，得到的多孔材料具有梯度孔径，可克服工业领域过滤精度低，过滤效率低的问题。
8.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
9.(1)将一定粒径的ni、cr、cu粉，按其质量百分比分别为65-75、15-25、5-15称取，然后加入5-20％的cacl2；
10.(2)将步骤(1)中配制好的粉末放入v型混粉机中搅拌8-14小时；
11.(3)将步骤(2)中配制好的粉末进行造粒、干燥；
12.(4)将步骤(3)中配置好的ni、cr、cu粉末称取一定量放入模具，摇晃使其均匀平铺后，再称取同比例ni、cr、cu、cacl2粉末放入模具冷压成型，得到坯体；
13.(5)将步骤(4)中压制的坯体在真空炉中进行烧结，以6-10℃/min的升温速率升至240-320℃，保温20-60min；以4-7℃/min的升温速率升至460-550℃，保温30-70min；以7-10℃/min的升温速率升至800-900℃，保温20-60min。
14.(6)将步骤(5)中烧结的坯体放入去离子水中浸泡30-90min得到具有梯度孔结构的ni-cr-cu多孔材料。
15.其中，步骤(1)中所述的ni、cr、cu粉的粒径为3-5μm。
16.其中，步骤(3)中造粒方法是将酒精溶解硬脂酸与粉末混合，进行过筛、干燥，硬脂酸的含量为2％-5％。
17.其中，步骤(3)中得到的坯体，ni、cr、cu粉末厚度为100-300μm。
18.其中，步骤(4)中所述的压力为50-200mpa,加压时间为40-60s，保压时间30-70s。
19.其中，步骤(6)中所得ni-cr-cu多孔材料为梯度孔，透气度80-200m3·
m-2
·
s-1
·
kpa-1
，最大孔径为7-15μm。
20.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
21.(1)本发明所得到ni-cr-cu多孔材料仅需烧结一次就可得到梯度孔径，能耗低，节约成本，且污染小。
22.(2)传统多孔材料，无法保证过滤精度与过滤效率同时具备，本发明所得到ni-cr-cu多孔材料具有梯度孔径，可自由控制孔结构，同时具备较高的过滤精度和过滤效率。
23.(3)利用氯化钙易溶于水且高温不易挥发的特点，可控制梯度孔的大小与厚度，工艺简单。
24.(4)本发明所得到ni-cr-cu梯度多孔材料具有较强的耐腐蚀能力，梯度孔对于提纯黄磷有良好作用。
附图说明
25.图1为本发明实例1制备的ni-cr-cu梯度孔径材料截面sem图。
具体实施方式：
26.下面结合具体实施实例对本发明作进一步描述。
27.实施例1：
28.采用以下工艺制备材料：(1)按质量百分比称取70％的ni粉，20％cr粉，10％cu粉，其粒径均为3-5μm，混合后加入总质量10％的氯化钙，用v型混粉机转动12h使粉末混合均匀，混合好的粉末加入4％的硬脂酸进行造粒，在60目的筛网上过筛后干燥。(2)取2gni、cr、cu粉末放入圆形模具中，晃动使其分布均匀，再取8gni、cr、cu、cacl2粉末放入圆形模具中,放到压力机上，采用100mpa的压力，加压50s，保压40s得到生坯。(3)将生坯放入立式真空钼片炉，保持真空度在2
×
10-3
pa进行分段烧结，以7℃/min的升温速率升到300
°
，保温30min；后以6℃/min的升温速率升到500
°
，保温40min；后以9℃/min的升温速率升到850
°
，保温30min后随炉冷却到室温。(4)将烧结后的样品放入去离子水中浸泡40min后干燥，即得到具有梯度孔径的ni-cr-cu多孔材料。
29.对样品横截面结构进行表征测试，图1为制备的ni-cr-fe梯度孔径材料截面sem图，其透气度为100m3·
m-2
·
s-1
·
kpa-1
，最大孔径为10μm。
30.实施例2：
31.采用以下工艺制备材料：(1)按质量百分比称取75％的ni粉，20％cr粉，5％cu粉，其粒径均为3-5μm，混合后加入总质量8％的氯化钙，用v型混粉机转动10h使粉末混合均匀，混合好的粉末加入3％的硬脂酸进行造粒，在70目的筛网上过筛后干燥。(2)取1gni、cr、cu粉末放入圆形模具中，晃动使其分布均匀，再取7gni、cr、cu、cacl2粉末放入圆形模具中,放到压力机上，采用150mpa的压力，加压50s，保压50s得到生坯。(3)将生坯放入立式真空钼片炉，保持真空度在2
×
10-3
pa进行分段烧结，以8℃/min的升温速率升到280
°
，保温40min；后以5℃/min的升温速率升到490
°
，保温60min；后以8℃/min的升温速率升到840
°
，保温60min随炉冷却到室温。(4)将烧结后的样品放入去离子水中浸泡20min后干燥，即得到具有梯度孔径的ni-cr-cu多孔材料。
32.所得到的ni-cr-cu多孔材料具有梯度孔径，可到达与实施例1相近的高过滤精度与过滤效率。
33.实施例3：
34.采用以下工艺制备材料：(1)按质量百分比称取65％的ni粉，15％cr粉，20％cu粉，其粒径均为3-5μm，混合后加入总质量15％的氯化钙，用v型混粉机转动14h使粉末混合均匀，混合好的粉末加入5％的硬脂酸进行造粒，在60目的筛网上过筛后干燥。(2)取3gni、cr、cu粉末放入圆形模具中，晃动使其分布均匀，再取9gni、cr、cu、cacl2粉末放入圆形模具中,放到压力机上，采用200mpa的压力，加压60s，保压60s得到生坯。(3)将生坯放入立式真空钼片炉，保持真空度在2
×
10-3
pa进行分段烧结，以5℃/min的升温速率升到320
°
，保温40min；后以5.6℃/min的升温速率升到550
°
，保温60min；后后以7℃/min的升温速率升到860
°
，保温40min；随炉冷却到室温。(4)将烧结后的样品放入去离子水中浸泡60min后干燥，即得到具有梯度孔径的ni-cr-cu多孔材料。
35.所得到的ni-cr-cu多孔材料具有梯度孔径，可到达与实施例1相近的高过滤精度与过滤效率。
36.实施例4：
37.采用以下工艺制备材料：(1)按质量百分比称取60％的ni粉，20％cr粉，20％cu粉，其粒径均为3-5μm，混合后加入总质量20％的氯化钙，用v型混粉机转动10h使粉末混合均匀，混合好的粉末加入2％的硬脂酸进行造粒，在80目的筛网上过筛后干燥。(2)取2gni、cr、cu粉末放入圆形模具中，晃动使其分布均匀，再取6gni、cr、cu、cacl2粉末放入圆形模具中,放到压力机上，，采用50mpa的压力，加压40s，保压30s得到生坯。(3)将生坯放入立式真空钼片炉，保持真空度在2
×
10-3
pa进行分段烧结，以7.2℃/min的升温速率升到310
°
，保温40min；后以5.6℃/min的升温速率升到550
°
，保温60min；后以8.6℃/min的升温速率升到900
°
，保温60min；随炉冷却到室温。(4)将烧结后的样品放入去离子水中浸泡50min后干燥，即得到具有梯度孔径的ni-cr-cu多孔材料。
38.所得到的ni-cr-cu多孔材料具有梯度孔径，可到达与实施例1相近的高过滤精度与过滤效率。
39.以上所述仅是本发明的较佳实施方案而已，并非对本发明作任何形式上的限制，
凡是依据本发明的技术实质对以上实施方案所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种具有梯度孔径的ni-cr-cu多孔材料及其制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将一定粒径的ni、cr、cu粉，按其质量百分比分别为65-75、15-25、5-15称取，然后加入5-20％的cacl2；(2)将步骤(1)中配制好的粉末放入v型混粉机中搅拌8-14小时；(3)将步骤(2)中配制好的粉末进行造粒、干燥；(4)将步骤(3)中配置好的ni、cr、cu粉末称取一定量放入模具，摇晃使其均匀平铺后，再称取同比例ni、cr、cu、cacl2粉末放入模具冷压成型，得到坯体；(5)将步骤(4)中压制的坯体在真空炉中进行烧结，以6-10℃/min的升温速率升至240-320℃，保温20-60min；以4-7℃/min的升温速率升至460-550℃，保温30-70min；以7-10℃/min的升温速率升至800-900℃，保温20-60min。(6)将步骤(5)中烧结的坯体放入去离子水中浸泡30-90min得到具有梯度孔结构的ni-cr-cu多孔材料。2.由权利1中所述一种具有梯度孔径的ni-cr-cu多孔材料及其制备方法，其特征在于，步骤(1)中ni、cr、cu粉的粒径为3-5μm,造粒方法是将酒精溶解硬脂酸与粉末混合，进行过筛、干燥。3.由权利1中所述一种具有梯度孔径的ni-cr-cu多孔材料及其制备方法，其特征在于，步骤(3)中得到的坯体ni、cr、cu粉末厚度为100-200μm。压力为50-200mpa,加压时间为40-60s，保压时间30-70s。4.由权利1中所述一种具有梯度孔径的ni-cr-cu多孔材料及其制备方法，其特征在于，步骤(6)中所得ni-cr-cu多孔材料为梯度孔，透气度80-200m3
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m-2
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s-1
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kpa-1，最大孔径为7-15μm。

技术总结
本发明公开一种具有梯度孔径的Ni-Cr-Cu多孔材料及其制备方法，其制备是称取一定粒度的Ni、Cr、Cu粉，其质量百分比分别为65-75、15-25、5-15，然后加入5-20％的氯化钙机械混合均匀，进行造粒、干燥，在模具中冷压成型，采用分段式真空烧结后，将样品泡水融化氯化钙，得到具有梯度孔径的Ni-Cr-Cu多孔材料。该方法仅需一次烧结，工艺简单，能耗低且污染小，可自主控制孔的结构，保证过滤精度与过滤效率。保证过滤精度与过滤效率。保证过滤精度与过滤效率。


技术研发人员：吴靓 姬丽 王晖 肖逸锋 张乾坤
受保护的技术使用者：湘潭大学
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/20