泡沫鋁的制備方法、性能及應用

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1、泡沫鋁的制備方法、性能及應用摘要:池沫鋁是一種新型多功能材料,具有獨特的結(jié)構(gòu)和許多優(yōu)異的性能,其應用前景可觀,應用范圍日益擴大。本文概述了泡沫鋁的各種制備方法、性能及應用。結(jié)果表明：根據(jù)制備過程中鋁的狀態(tài)可以將制備方法分為三類:液相法、固相法、電沉積法；泡沫鋁的性能研究方面主要研究了物理性能、力學性能、吸能特性、阻尼性能、吸聲性能；泡沫鋁主要應用為建筑材料、裝飾材料、防音材料、抗振材料、型材及汽車制造業(yè)。國外對該領域的研究已相當深人、系統(tǒng),與國外相比,我國對泡沫鋁材料的研究起步較晚,研究尚處于實驗范圍內(nèi),所以,我國今后還應進一步加強泡沫鋁材料的研究。關健詞：池沫鋁；制備方法；性能；應用；較晚中

2、圖分類號：TG146.2泡沫鋁是一種在金屬鋁基體中分布有無數(shù)氣泡的多孔質(zhì)材料。目前，日本與德國在研究、生產(chǎn)和應用泡沫鋁與其他金屬泡沫方面居世界領先地位。我國對泡沫鋁材的研究始于1980s后期，已取得了一系列的研究成果，但尚未取得突破性的成就，仍然處于起步階段，未形成生產(chǎn)力。1泡沫鋁的制備方法制備泡沫鋁的方法有多種,根據(jù)制備過程中鋁的狀態(tài)可以分為三大類:液相法、固相法、電沉積法。1.1液相法通過液態(tài)鋁產(chǎn)生泡沫結(jié)構(gòu),可在鋁液中直接發(fā)泡,也可用高分子泡沫或緊密堆積的造孔劑鑄造來得到多孔材料。1.1.1熔體發(fā)泡法在鋁液中直接產(chǎn)生氣泡可得到泡沫鋁。通常,氣泡由于浮力而快速上升到鋁液表面,但可以加入一些細

3、小的陶瓷顆粒增加鋁液粘度阻止氣泡的上升。當前,熔體發(fā)泡主要有兩種方法:直接從外部向鋁液中注入氣體;在鋁液中加入發(fā)泡劑。(1)直接注氣法各種泡沫鋁合金都可用此法生產(chǎn),包括鑄造鋁合金A359,鍛造合金1061、3003、6061等。為了增加鋁液粘度,需要加入碳化硅、氧化鋁等顆粒。此方法的難點在于如何使顆粒被鋁液潤濕并均勻分布在液體中,顆粒的體積分數(shù)通常為10%-20%,顆粒尺寸為5-20微米。然后把氣體(空氣、氮氣、氬氣)通入鋁液中,同時對液體進行攪拌使氣泡細小并均勻分布,這一步工藝的好壞將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。含有氣泡的鋁液將浮向液面,由于顆粒的存在,使液體中的氣泡相對穩(wěn)定。用轉(zhuǎn)動皮帶將表面半固態(tài)的

4、泡沫拉出就得到泡沫鋁板。這種方法優(yōu)點是可以連續(xù)生產(chǎn),可獲得低密度、大體積的產(chǎn)品。缺點是要對泡沫板材進行剪切,造成泡沫開孔,同時由于顆粒的加入,使胞壁變脆,對力學性能產(chǎn)生不利影響。(2)加發(fā)泡劑法用發(fā)泡劑代替氣體注入亦可得到泡沫鋁。首先在680攝氏度的鋁液中加入金屬鈣,對于實際生產(chǎn),一般加入量為1.5%-3.0%(wt),攪拌幾分鐘增加液體粘度,鈣的加入對鋁液粘度的影響。鈣也可用碳化硅等顆粒代替。粘度合適后,加入TH2。在恒壓下,TH2分解出H2,液體膨脹泡沫化,6冷卻后即可得泡沫鋁。TH2可被ZrH2等發(fā)泡劑代替。這種方法的優(yōu)點是可制得非常均勻的泡沫,并且氣孔平均尺寸和鋁液粘度以及泡沫鋁密度和

5、粘度之間存在關系,使孔徑可控。1.1.2固-氣共晶凝固法近年來開發(fā)的一種新方法,依據(jù)是在H2中一些金屬可形成共晶系統(tǒng)。在高壓H2下能獲得含氫的均勻鋁液,如果降低溫度通過定向凝固將發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變,H2在凝固區(qū)域內(nèi)含量增加,并且形成氣泡。因為體系壓力決定共晶組成,所以外部壓力和氫含量必須協(xié)調(diào)好。最終孔的形狀主要取決于氫含量、鋁液外部壓力、凝固的方向和速率、金屬液的化學成分,通常沿凝固方向形成管狀孔,孔直徑10um-10mm,長度100um-300mm。1.1.3鑄造法(1)熔模鑄造熔模鑄造工藝：先準備開孔的高分子泡沫,用耐熱材料填充高分子泡沫。耐熱材料可用莫來石、酚醛樹脂、碳酸鈣混合物或石膏等,然后

6、通過加熱除去高分子泡沫并將鋁液鑄入模型中來復原高分子泡沫的結(jié)構(gòu),這一步可以采用加壓和加熱模型的方法使細小孔洞得到充分填充,最后用水溶等方法除去耐熱材料,即得到與原高分子泡沫相同結(jié)構(gòu)的泡沫鋁。此法的難點在于如何使鋁液充分填充到模型中,以及如何在不破壞泡沫鋁結(jié)構(gòu)的同時除去耐熱模型。優(yōu)點是可制備多種泡沫金屬,并且可以得到開孔結(jié)構(gòu),生產(chǎn)重復性好,有相對穩(wěn)定的密度。(2)滲流鑄造在無機或有機顆粒周圍鑄入鋁液可制得多孔鋁。無機材料可用蛭石、泥球、可溶性鹽等,有機材料可用高分子顆粒。采用這種方法時,造孔劑堆積密度要高,以保證顆粒之間互相接觸,以便將來除去,為了防止鋁液在鑄入時過早凝固,要將造孔劑預熱。由于鋁

7、液具有大的表面張力,使得鋁液很難成功鑄入顆粒間隙中,所以可以先將造孔劑塊體抽真空,然后加壓滲透。待鋁液凝固后,可用水溶法或熱解法除去造孔劑。此法的優(yōu)點是通過控制造孔劑顆粒大小來控制孔徑大小,缺點是最大孔隙率不超過80%。1.2固相法用鋁粉末代替液態(tài)鋁同樣可制得多孔材料。因為大部分固相法通過燒結(jié)使鋁顆?；ハ嗦?lián)結(jié),鋁始終保持在固態(tài),所以此法生產(chǎn)的泡沫鋁多數(shù)具有通孔結(jié)構(gòu)。1.2.1散粉燒結(jié)法這種生產(chǎn)方法