本发明涉及由金属粉末制造制品，特别涉及一种制氢用泡沫金属催化床的粉末冶金法制备装置及方法。
背景技术：
1、泡沫金属为含有泡沫气孔的特种金属材料，具备诸多优点和广阔的应用前景。关于泡沫金属的制备，公告号为cn109530701b的专利提出了一种粉末冶金法制备泡沫金属的发泡模具，同时，公告号为cn109652674b的专利提出了粉末冶金法制备泡沫金属的发泡方法，结合前述发泡模具，可以通过金属粉末与发泡剂混料的烧结成型，制备板块状的泡沫金属。
2、通过上述工艺制得的泡沫金属，具备透气性和较大的比表面积，以其作为催化载体，搭载催化剂进行甲醇重整制氢，将实现化学反应速率快、甲醇转化率高等技术要求，已知现有的制氢用泡沫金属催化床多为空心圆柱体状结构（如公开号为cn116062687a的发明），类似蜂窝煤，制备该种结构泡沫金属的模具较为简单，和蜂窝煤模具近似，但是，出于进一步提高化学反应速率、进一步提高甲醇转化率的需要，对蜂窝煤状的泡沫金属催化床进行结构改进，将对应泡沫金属的内外表面形状异型化、内部热管通道复杂化，使得外表面积显著增大、加热时温度梯度更加均匀，在这种情况下，其特殊的结构，大大增加了其制备装置和方法的研发难度。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种便于高效制备异型外表面形状的制氢用泡沫金属催化床的粉末冶金法制备装置，并提出其对应的使用方法。
2、针对上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种制氢用泡沫金属催化床的粉末冶金法制备装置，包括下底板、支撑柱、上底板、调位把手、调位块、芯轴、内直模、内斜模、换热管组、外模、外环、盖板、内环、压板、限位块、第一螺钉、第二螺钉；下底板通过多个圆周均布的支撑柱与上底板固定连接；调位块固定安装在下底板上；调位块内设置有内螺纹；调位把手上设置有外螺纹；调位把手和调位块通过内螺纹和外螺纹进行螺纹连接；芯轴下部转动安装在下底板上；芯轴两端设置有外花键结构；调位把手和内环心部均设置有内花键孔；芯轴下端的外花键结构插入调位把手的内花键孔中；内环的内花键孔套接在芯轴上端的外花键结构上；外环转动安装在上底板上；盖板搭扣在内环和外环之间；多个压板的第一端通过第一螺钉圆周均布地固定安装在上底板上；每个压板的第二端用于接触并压紧盖板；多个限位块的第一端通过第二螺钉圆周均布地固定安装在外环上；每个限位块的第二端用于通过一个第二螺钉与上底板固定连接；内环和下底板之间滑动安装有多个圆周均布且交替排列的内直模和内斜模；盖板和下底板之间固定安装有一个换热管组；外环和下底板之间滑动安装有多个圆周均布的外模。
3、优选地，下底板上设置有多个圆周均布的外直槽、多个圆周均布的内直槽一和多个圆周均布的内直槽二；外环上设置有多个圆周均布的外弧槽；内环上设置有多个圆周均布的内弧槽一和多个圆周均布的内弧槽二；内直模的两端各设置有一个内滑柱一；内斜模的两端各设置有一个内滑柱二；外模的两端各设置有一个外滑柱；外弧槽的中心线和内弧槽一的中心线的线型均为一段圆弧线；内弧槽二的中心线的线型为两段互相连接且在连接处相切的圆弧线；内滑柱一用于与内直槽一和内弧槽一滑动配合；内滑柱二用于与内直槽二和内弧槽二滑动配合；外滑柱用于与外直槽和外弧槽滑动配合。
4、优选地，外环用于控制所有外模的分离和闭合；内环用于控制所有内直模和内斜模的分离和闭合；由下底板、闭合的内直模、闭合的内斜模、换热管组、闭合的外模和盖板围成的密闭空间为成型内腔；闭合的内直模和内斜模构成的空间体的外侧面，即成型内腔的内侧柱面为内立面；闭合的外模构成的空间体的内侧面，即成型内腔的外侧柱面为外立面；内立面和外立面均为沿轴向和周向均呈周期性波浪形变化的曲面，该类曲面在 o- xyz空间直角坐标系中的参数方程为：
5、；
6、式中，r-基圆半径，mm；a-波动幅度，mm；k-波动频数，对于外立面，k为大于等于3的整数，对于内立面，k为大于等于4的偶数；t-沿 z轴方向上的变化周期；h-高度边界值，mm； t-角位置参变量，rad。
7、优选地，所有外模闭合时，每两个相邻的外模的接触面在 xoy平面上的投影为一条直线段，且该直线段所在直线过原点 o；内直模与内斜模数量相同；所有内直模和内斜模闭合时，其中第一个内直模与其相邻的两个内斜模的接触面在 xoy平面上的投影为两条互相平行的直线段，与这两条直线段平行且等距的直线过原点 o。
8、优选地，换热管组包括外管接头、波浪管、内管接头；波浪管在圆周方向上呈波浪状，具备多个波峰和波谷，每个波峰上设置有一个外管接头，每个波谷上设置有一个内管接头。
9、优选地，波浪管的中心线为管型曲线，管型曲线在 o- xyz空间直角坐标系中的参数方程为：
10、；
11、式中，r-径向分布半径，mm；h-轴向波幅，mm；s-波数； u-角位置参变量，rad。
12、优选地，下底板上设置有多个圆周均布的、用于套接内管接头的定位孔一；盖板上设置有多个圆周均布的、用于套装外管接头的定位孔二。
13、优选地，所有外直槽、内直槽一、内直槽二、外弧槽、内弧槽一和内弧槽二均位于成型内腔的内部空间之外。
14、优选地，还包括螺栓和螺母；下底板、支撑柱和上底板通过螺栓和螺母固定连接。
15、本发明还提供了一种制氢用泡沫金属催化床的粉末冶金法制备装置的烧结制备方法，包括以下步骤：
16、步骤一：将金属粉末或合金粉末与发泡剂混合得到混料；
17、步骤二：手动旋转调位把手，通过芯轴传动，驱动内环，由内环带动所有内直模和内斜模滑动直至完全闭合；
18、步骤三：手动旋转限位块，驱动外环，由外环带动所有外模滑动至完全闭合，然后将限位块第二端通过第二螺钉固定在上底板上；
19、步骤四：在下底板上插入一个崭新的换热管组，使得所有内管接头插入所有的定位孔一，然后在成型内腔内分多次倒入调配好的混料，每次倒入混料之后都要进行手动或借助工具压实，直至最后一次混料倒入后，使得定位孔二对准外管接头，接着手动插入盖板，由盖板压实混料，再由压板第二端压紧盖板，拧紧压板第一端的第一螺钉锁死整个成型内腔；
20、步骤五：将整个装置置于工业炉内进行发泡，温度控制在650℃至690℃，多个螺栓的底部作为装置在工业炉中的支点，发泡时间控制在1-2小时；
21、步骤六：发泡完成后取出整个装置，自然冷却至室温，然后手动取下所有第一螺钉和压板，手动取下所有限位块第二端的第二螺钉，通过手动旋转调位把手和限位块，驱动所有外模向外运动至最大分离状态、驱动所有内直模和内斜模向内运动收缩至最小分离状态，接着通过拖拽外管接头，将已经烧结成型的金属泡沫催化床，连同换热管组和盖板一同取下，金属泡沫催化床和换热管组构成了一体化的组件，最后将盖板从金属泡沫催化床和换热管组上取下。
22、本发明与现有技术相比的有益效果是：（1）成型内腔的内立面和外立面均为表面呈周期性变化、凹凸不平的异型曲面，可以烧结出对应形状的泡沫金属催化床，相对于现有技术中蜂窝煤状的泡沫金属催化床，外表面积增大10%~15%，显著提升使用效果；（2）换热管组为消耗件，与烧结成型的泡沫金属共同构成泡沫金属催化床组件，每烧结一次泡沫金属就要消耗一个换热管组，但是，换热管组两端通透，主体采用周期性波浪形结构，使得成型内腔中的混料在发泡和烧结时受热更加均匀，成型效果更好；（3）下底板配合外环和内环的联动传动结构的设置，使得整个装置的结构紧凑，也使得所有内直模、内斜模和外模的位姿切换更加高效流畅，实现烧结后的高效脱模。
1.一种制氢用泡沫金属催化床的粉末冶金法制备装置，包括下底板（1）、支撑柱（2）、上底板（3）、调位把手（4）、调位块（5）、芯轴（6）、内直模（7）、内斜模（8）、换热管组（9）、外模（10）、外环（11）、盖板（12）、内环（13）、压板（14）、限位块（15）、第一螺钉（18）、第二螺钉（19），其特征在于：下底板（1）通过多个圆周均布的支撑柱（2）与上底板（3）固定连接；调位块（5）固定安装在下底板（1）上；调位块（5）内设置有内螺纹；调位把手（4）上设置有外螺纹；调位把手（4）和调位块（5）通过内螺纹和外螺纹进行螺纹连接；芯轴（6）下部转动安装在下底板（1）上；芯轴（6）两端设置有外花键结构；调位把手（4）和内环（13）心部均设置有内花键孔；芯轴（6）下端的外花键结构插入调位把手（4）的内花键孔中；内环（13）的内花键孔套接在芯轴（6）上端的外花键结构上；外环（11）转动安装在上底板（3）上；盖板（12）搭扣在内环（13）和外环（11）之间；多个压板（14）的第一端通过第一螺钉（18）圆周均布地固定安装在上底板（3）上；每个压板（14）的第二端用于接触并压紧盖板（12）；多个限位块（15）的第一端通过第二螺钉（19）圆周均布地固定安装在外环（11）上；每个限位块（15）的第二端用于通过一个第二螺钉（19）与上底板（3）固定连接；内环（13）和下底板（1）之间滑动安装有多个圆周均布且交替排列的内直模（7）和内斜模（8）；盖板（12）和下底板（1）之间固定安装有一个换热管组（9）；外环（11）和下底板（1）之间滑动安装有多个圆周均布的外模（10）。
2.如权利要求1所述的一种制氢用泡沫金属催化床的粉末冶金法制备装置，其特征在于：下底板（1）上设置有多个圆周均布的外直槽（101）、多个圆周均布的内直槽一（103）和多个圆周均布的内直槽二（104）；外环（11）上设置有多个圆周均布的外弧槽（1101）；内环（13）上设置有多个圆周均布的内弧槽一（1301）和多个圆周均布的内弧槽二（1302）；内直模（7）的两端各设置有一个内滑柱一（701）；内斜模（8）的两端各设置有一个内滑柱二（801）；外模（10）的两端各设置有一个外滑柱（1001）；外弧槽（1101）的中心线和内弧槽一（1301）的中心线的线型均为一段圆弧线；内弧槽二（1302）的中心线的线型为两段互相连接且在连接处相切的圆弧线；内滑柱一（701）用于与内直槽一（103）和内弧槽一（1301）滑动配合；内滑柱二（801）用于与内直槽二（104）和内弧槽二（1302）滑动配合；外滑柱（1001）用于与外直槽（101）和外弧槽（1101）滑动配合。
3.如权利要求2所述的一种制氢用泡沫金属催化床的粉末冶金法制备装置，其特征在于：外环（11）用于控制所有外模（10）的分离和闭合；内环（13）用于控制所有内直模（7）和内斜模（8）的分离和闭合；由下底板（1）、闭合的内直模（7）、闭合的内斜模（8）、换热管组（9）、闭合的外模（10）和盖板（12）围成的密闭空间为成型内腔；闭合的内直模（7）和内斜模（8）构成的空间体的外侧面，即成型内腔的内侧柱面为内立面（21）；闭合的外模（10）构成的空间体的内侧面，即成型内腔的外侧柱面为外立面（20）；内立面（21）和外立面（20）均为沿轴向和周向均呈周期性波浪形变化的曲面，该类曲面在o-xyz空间直角坐标系中的参数方程为：
4.如权利要求3所述的一种制氢用泡沫金属催化床的粉末冶金法制备装置，其特征在于：所有外模（10）闭合时，每两个相邻的外模（10）的接触面在xoy平面上的投影为一条直线段，且该直线段所在直线过原点o；内直模（7）与内斜模（8）数量相同；所有内直模（7）和内斜模（8）闭合时，其中第一个内直模（7）与其相邻的两个内斜模（8）的接触面在xoy平面上的投影为两条互相平行的直线段，与这两条直线段平行且等距的直线过原点o。
5.如权利要求4所述的一种制氢用泡沫金属催化床的粉末冶金法制备装置，其特征在于：换热管组（9）包括外管接头（901）、波浪管（902）、内管接头（903）；波浪管（902）在圆周方向上呈波浪状，具备多个波峰和波谷，每个波峰上设置有一个外管接头（901），每个波谷上设置有一个内管接头（903）。
6.如权利要求5所述的一种制氢用泡沫金属催化床的粉末冶金法制备装置，其特征在于：波浪管（902）的中心线为管型曲线（904），管型曲线（904）在o-xyz空间直角坐标系中的参数方程为：
7.如权利要求5-6中任一条所述的一种制氢用泡沫金属催化床的粉末冶金法制备装置，其特征在于：下底板（1）上设置有多个圆周均布的、用于套接内管接头（903）的定位孔一（102）；盖板（12）上设置有多个圆周均布的、用于套装外管接头（901）的定位孔二（1201）。
8.如权利要求7所述的一种制氢用泡沫金属催化床的粉末冶金法制备装置，其特征在于：所有外直槽（101）、内直槽一（103）、内直槽二（104）、外弧槽（1101）、内弧槽一（1301）和内弧槽二（1302）均位于成型内腔的内部空间之外。
9.如权利要求8所述的一种制氢用泡沫金属催化床的粉末冶金法制备装置，其特征在于：还包括螺栓（16）和螺母（17）；下底板（1）、支撑柱（2）和上底板（3）通过螺栓（16）和螺母（17）固定连接。
10.如权利要求9所述的一种制氢用泡沫金属催化床的粉末冶金法制备装置的烧结制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
