CN117483769A - 一种利于化学反应的金属颗粒块制作方法及金属颗粒块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利于化学反应的金属颗粒块制作方法及金属颗粒块，涉及金属胚制作技术领域，以解决现有技术中存在的采用金属粉末压制制作金属胚时，需要填充发泡剂形成多孔结构，而引入发泡剂导致引入杂质的技术问题。该制作方法包括以下内容：制作符合厚度要求的金属片；将制作好的金属片相互缠绕后进行压制以便于形成金属颗粒块。金属片的厚度小于该金属材料对应的金属粉末安全粒径大小。本发明提供一种新的利于化学反应的金属颗粒块制作方法，不需要金属粉末和发泡剂就可以制备多空隙的金属胚，减少成本，未引入杂质，实现在更安全生产的同时，也能使成型后的多空隙金属胚在参与化学反应时速率更快，过程更高效。
Description
技术领域
本发明涉及金属胚制作技术领域，尤其是涉及一种利于化学反应的金属颗粒块制作方法及金属颗粒块。
背景技术
多孔金属胚块相较于实心金属胚有着其特殊的优势。在化学层面，在保证一定强度的同时，能更好的参与化学反应，瞬间接触反应原料的接触面更多，化学反应更剧烈，更快捷，更全面，不容易形成保护层；在物理层面，多孔结构利于气体与液体的流动，隔热、隔音效果出色。多孔金属相较于金属粉末，又具有安全不易产生粉尘爆炸的特性；其次，按一定规格形状制备后，比粉末更容易陈放和使用。
目前的多孔金属技术由金属粉末压制，再填充发泡剂后形成多孔结构，过程中金属粉末有风险，粉末粒径需要不小于一定级别才能使用，一定程度上限制了金属的化学反应速率极限，且需要较好的设备管理；其次有其他物质填充形成的杂质，需要多孔成型后再处理。
本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的是提供一种不需要金属粉末和发泡剂就可以制备多空隙的金属胚的技术，减少成本，提高安全性并可运用于多种特殊场景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利于化学反应的金属颗粒块制作方法及金属颗粒块，以解决现有技术中存在的采用金属粉末压制制作金属胚时，需要填充发泡剂形成多孔结构，而引入发泡剂导致引入杂质的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种利于化学反应的金属颗粒块制作方法，包括以下内容：制作符合厚度要求的金属片；将制作好的金属片相互缠绕后进行压制以便于形成金属颗粒块。
进一步地，所述金属片的厚度小于该金属材料对应的金属粉末安全粒径大小。
进一步地，所述金属片呈螺旋状。
进一步地，所述制作方法具体包括如下内容：将金属铸锭多次切削成符合厚度要求的金属片；将切削好的金属片条放置于一空间中充分晃动使金属条之间相互缠绕；将缠绕过后的金属片放置于塑膜内进行压制挤出成型。
进一步地，所述将缠绕过后的金属片放置于塑膜内进行压制挤出成型，具体包括如下：将缠绕过后的金属片放置于塑膜，塑膜底部的出口封堵；从上挤压所述塑膜内的金属片；解除塑膜底部出口的封堵且继续挤压所述塑膜内的金属片，切削刀头切削从所述塑膜底部出口伸出的金属块，以形成多空隙金属。
进一步地，在切削所述金属铸锭以及切削从所述塑膜底部出口伸出的金属块时，在惰性气体中进行。
进一步地，通过控制压制的压力以控制多空隙金属胚内部的间隙大小。
进一步地，制作的所述多空隙金属胚的重量为相同体积大小下实心金属胚重量的1/2～2/3之间。
本发明提供一种多空隙金属胚，所述金属颗粒块采用所述的利于化学反应的金属颗粒块制作方法制成。
本发明优选技术方案至少可以产生如下技术效果：本发明提供一种新的利于化学反应的金属颗粒块制作方法，不需要金属粉末和发泡剂就可以制备多空隙的金属胚，减少成本，未引入杂质，实现在更安全生产的同时，也能使成型后的多空隙金属胚在参与化学反应时速率更快，过程更高效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的利于化学反应的金属颗粒块制作方法的流程图；
图2是本发明提供的螺旋状金属片的结构示意图；
图3是本发明提供的挤出模具的结构简图；
图4是本发明提供的金属胚与氢气反应的结合速率图。
图中1、螺旋状金属片；2、塑膜；3、切削刀头。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
现有的多孔金属技术由金属粉末压制，再填充发泡剂后形成多孔结构，由于有其他物质填充形成的杂质，需要多孔成型后再处理。本发明提供了一种新的利于化学反应的金属颗粒块制作方法，具体如下：制作符合厚度要求的金属片；将制作好的金属片相互缠绕后进行压制以便于形成金属颗粒块（多空隙金属胚），多空隙金属胚成型过程未引入杂质。
优选地，金属片的厚度小于该金属材料对应的金属粉末安全粒径大小，金属片的厚度决定了之后参与化学反应时的效率。
现有的多孔金属技术由金属粉末压制，再填充发泡剂后形成多孔结构，压制过程中金属粉末有风险，粉末粒径需要不小于一定级别才能使用，一定程度上限制了金属的化学反应速率极限。比如，如若生产铝粉，粒径必须大于75μm，否则极易可能爆炸，从而限制了铝的使用。而采用本发明提供了一种新的利于化学反应的金属颗粒块制作方法，金属片的厚度可小于75μm，比如，可设置金属片的厚度为30μm。实现在更安全生产的同时，也能使成型后的多空隙金属胚在参与化学反应时速率更快，过程更高效。
关于“金属粉末安全粒径大小”，即当不小于金属粉末安全粒径大小时，可采用金属粉末压制制作金属胚；当小于金属粉末安全粒径大小时，不能进行粉末压制，压制过程中金属粉末有风险。另外，每种金属材料的金属粉末安全粒径不同。
关于金属片的形状，金属片呈螺旋状。参见图2，示意出了螺旋状金属片。首先，螺旋状的金属片便于加工，其中，切削的螺旋条状金属片具有更好的塑性和相互缠绕能力。螺旋结构的压制力度会相对较小，压制出的成品间隙更大，更利于其它物质在空隙中流动。
通过控制压制的压力以控制多空隙金属胚内部的间隙大小。不同金属材质压力不等，同样的金属若对间隙大小要求不同，压力同样不等。
结合经济效率与制造工艺，以及更稳定的化学反应效率，将制作的多空隙金属胚的重量为相同体积大小下实心金属胚重量的1/2～2/3之间。
本发明提供了一种新的利于化学反应的金属颗粒块制作方法，具体包括如下内容：将金属铸锭多次切削成符合厚度要求的金属片；将切削好的金属片条放置于一空间中充分晃动使金属条之间相互缠绕；将缠绕过后的金属片放置于塑膜内进行压制挤出成型。
关于金属铸锭的切削，通过多切削刀头同时切削同一块金属铸锭可大幅提高生产效率；切削时最好在惰性气体中进行，可降低安全隐患。
关于“将切削好的金属片条放置于一空间中充分晃动使金属条之间相互缠绕”，优选运用滚筒式运动，使其在三维空间层面更容易交互。
本发明提供了一种新的利于化学反应的金属颗粒块制作方法，通过早期薄片切削和后续压制形变两次内应力作用使金属的结晶晶粒更小，更适合于参与化学反应。
将缠绕过后的金属片放置于塑膜内进行压制挤出成型，具体包括如下：将缠绕过后的金属片放置于塑膜，塑膜底部的出口封堵；从上挤压塑膜内的金属片；解除塑膜底部出口的封堵且继续挤压塑膜内的金属片，切削刀头切削从塑膜底部出口伸出金属块，以形成多空隙金属。
参见图3，示意出了挤出模具的结构简图。图3所示意出的挤出模具，成型的多空隙金属胚呈圆柱状。当然，压制成型的多孔金属块可根据产品需求改变模具形状而制成不同规格的物料，例如薄板材、带孔砖、甚至于方便存放的金属方块等其它可用压制技术成型的形状。
优选地，在切削金属铸锭以及切削从塑膜底部出口伸出的金属块时，在惰性气体中进行，以提高安全性。
接下来，以铝金属为例，给出利于化学反应的金属颗粒块制作方法的具体实施例：
铝粉较为活泼，燃点低，如若生产铝粉，粒径必须大于75μm，否则极易可能爆炸，从而限制了铝的使用。在本发明中，首先通过车床对柱状铝铸锭进行切削，切削的厚度设为75μm以下，优选的，控制在30μm；通过车床精度，每次步进30μm来控制切削的铝片厚度。由于受应力作用，切削的金属镁第一次产生应力变形，内部形成一定结晶态金属，外观上形成一条条螺旋状、长条状金属片（可参见图2所示），优选的金属片的总长度大于50mm，更利于螺旋片条之间的相互纠缠。
将大量切削好的铝金属片条放置于一惰性气体的环境中进行充分的摇匀震荡后，确保取出时没有单个片条脱落；取出一定质量相互纠缠的铝放置于压制模具（塑膜）中，启动压力机对铝进行压缩成型，金属铝第二次产生应力变形。
参见图3，塑膜采用锥型腔屑，下方靠近出口处截面小，出口设阻挡并配有切削刀头，配合上方的压力可以对模具内的铝进行全方位的挤压（挤压的压力的大小应设为350Mpa左右），并在金属铝挤成柱状后经过出口处的刀头切割成一块块金属大颗粒，方便后续运输使用。
切削刀具应选用刀具内部冷却的方式以代替外部水冷，防止铝在加工过程中出现反应燃烧；切削过程中应处于惰性气体环境中，可以得到纯度更高的金属铝；
本技术发明中制成的金属铝为了配合后续产品，制备成φ10mm*10mm的金属颗粒块，制成后铝块的密度大约为原实心铝的3/7。
以上是以铝示例，但不限于金属铝，同样的，钠、镁、铁、铜、银等延展性好的金属也适用于本发明。
制备的φ10mm*10mm的多空隙铝胚。现有技术中，制作多孔的金属铝块，除了开始制作时要用到75μm以上的铝颗粒作为原料，过程中还要用到类似发泡剂TiH2这样的辅料或其他化学物质，对于成本和纯度都有着不良影响，且成品组成单元受限于75μm。
金属铝块与气体（氢气）反应例如：2Al+3H2→2AlH3。
图4为大致的反应效率对比。a是采用本发明的方法制备的φ10mm*10mm的多空隙铝胚，b是由金属粉末压制形成的φ10mm*10mm的多空隙铝胚，c是φ10mm*10mm实心金属铝胚。从数据上看，本发明提供的铝块更利于固液之间的化学反应。
将高温（约500℃）的金属铝胚块放置于氢气中3～5天后，由于其特殊的内部细节结构，不同于实心铝块，铝的氢化率可达98%以上，氢气可以充分填充在金属铝块内部与铝发生化学反应；由于铝块并非实心，其导热性能较差，设备内最好配备风机等致使气体流动的部件，另外配合一定的压力，也可以使氢铝更好的结合；相较于铝粉与氢气的结合反应，效率也因为粒径大小的问题，效率更好，铝的氢化率也更高。
以上反应以铝作为参考，可用此方式的金属有铝但不限于此，如钠、镁、钾、钙、锂等，气体不限于氢气，氧气也可以通过此方式制备多间隙的氧化铝等；对于化学反应，本文仅仅列举气固反应，但不限于此。
本发明提供一种金属颗粒块，金属颗粒块采用上述的利于化学反应的金属颗粒块制作方法制成。关于利于化学反应的金属颗粒块制作方法，具体以上上文陈述，这里不做过多赘述。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，″多个″ 的含义是两个或两个以上；术语″上″、″下″、″左″、″右″、″内″、″外″、 ″前端″、″后端″、″头部″、″尾部″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语″第一″、″第二″、″第三″等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一个示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种利于化学反应的金属颗粒块制作方法，其特征在于，包括以下内容：
制作符合厚度要求的金属片；
将制作好的金属片相互缠绕后进行压制以便于形成金属颗粒块。
2.根据权利要求1所述的利于化学反应的金属颗粒块制作方法，其特征在于，所述金属片的厚度小于该金属材料对应的金属粉末安全粒径大小。
3.根据权利要求1所述的利于化学反应的金属颗粒块制作方法，其特征在于，所述金属片呈螺旋状。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的利于化学反应的金属颗粒块制作方法，其特征在于，所述制作方法具体包括如下内容：
将金属铸锭多次切削成符合厚度要求的金属片；
将切削好的金属片条放置于一空间中充分晃动使金属条之间相互缠绕；
将缠绕过后的金属片放置于塑膜内进行压制挤出成型。
5.根据权利要求4所述的利于化学反应的金属颗粒块制作方法，其特征在于，所述将缠绕过后的金属片放置于塑膜内进行压制挤出成型，具体包括如下：
将缠绕过后的金属片放置于塑膜，塑膜底部的出口封堵；
从上挤压所述塑膜内的金属片；
解除塑膜底部出口的封堵且继续挤压所述塑膜内的金属片，
切削刀头切削从所述塑膜底部出口伸出的金属块，以形成多空隙金属胚。
6.根据权利要求5所述的利于化学反应的金属颗粒块制作方法，其特征在于，在切削所述金属铸锭以及切削从所述塑膜底部出口伸出的金属块时，在惰性气体中进行。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的利于化学反应的金属颗粒块制作方法，其特征在于，通过控制压制的压力以控制多空隙金属胚内部的间隙大小。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的利于化学反应的金属颗粒块制作方法，其特征在于，制作的所述多空隙金属胚的重量为相同体积大小下实心金属胚重量的1/2～2/3之间。
9.一种金属颗粒块，其特征在于，所述金属颗粒块采用权利要求1-8中任一项所述的利于化学反应的金属颗粒块制作方法制成。
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