粉末冶金—添加造孔劑法制備開(kāi)孔泡沫鋁及其性能研究

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1、摘．要泡沫鋁作為一種新型功能材料，以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而具有許多優(yōu)異的性能，它的應(yīng)用已經(jīng)涉及了航天、航空、化工、機(jī)械、電子、環(huán)保、能源、生物等工業(yè)與高新科技領(lǐng)域，正受到越來(lái)越廣泛的重視，對(duì)其制備工藝及性能的研究已經(jīng)成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。本課題采取粉末冶金工藝，用填加造孔劑法，通過(guò)壓制一溶解一燒結(jié)制備開(kāi)孔泡沫鋁。研究了該方法制各泡沫鋁的關(guān)鍵工藝過(guò)程，探索了實(shí)驗(yàn)工藝條件對(duì)泡沫鋁的形成及性能的影響，確定了制備的最佳工藝參數(shù)；研究了不同孔結(jié)構(gòu)及孔隙率、孔徑對(duì)泡沫鋁的影響；比較了不同造孔劑對(duì)泡沫鋁性能的影響；并對(duì)泡沫鋁的壓縮性能和能量吸收性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，以不同形狀尿素顆粒、N

2、aCl顆粒為造孔劑，壓制一溶解一燒結(jié)為步驟的造孔劑法可以制備孔隙率為50％～80％的開(kāi)孔泡沫鋁，并且工藝簡(jiǎn)單，孔徑、孔形狀、孔隙率容易控制。制備開(kāi)孔泡沫鋁的最佳工藝為：壓制壓力為400MPa；尿素造孔劑溶解工藝為80℃水中溶解5h；燒結(jié)工藝為550℃真空燒結(jié)3h。球形孔結(jié)構(gòu)的泡沫鋁在性能上優(yōu)于長(zhǎng)條形孔結(jié)構(gòu)、多棱狀孔結(jié)構(gòu)的泡沫鋁。尿素為造孔劑制備泡沫鋁時(shí)，無(wú)論從孔結(jié)構(gòu)還是泡沫鋁的性能都優(yōu)于Nacl為造孔劑時(shí)制備的泡沫鋁，因此尿素顆粒是添加造孔劑方法制各泡沫鋁的理想造孔劑材料?？讖皆叫。痉椒ㄖ聘鞯呐菽X的孔隙率控制精度越高，試驗(yàn)的可重復(fù)性越好。相同孔隙率下，泡沫鋁的孔徑越大

3、，其壓縮性能越好。相同孔徑下，泡沫鋁的壓縮曲線隨孔隙率的升高快速下降，泡沫鋁的彎曲性能隨孔隙率的降低而升高。本試驗(yàn)制得的開(kāi)孔泡沫鋁的壓縮強(qiáng)度和經(jīng)典理論計(jì)算所得到的結(jié)果一致。泡沫鋁的能量吸收性能隨孔隙率的增大而變差，能量吸收率隨孔隙率的增大而減小。本工藝制得的泡沫鋁試樣的抗壓強(qiáng)度范圍在0．2～5．5MPa，能量吸收效率約為41．3％。關(guān)鍵詞：泡沫鋁，壓縮性能，粉末冶金，尿素，能量吸收ABSTRACTAluminumfoamshavereceivedaconsiderableamountofattentioninrecentyearsbecauseoftheirextreme

4、lylowdensityanduniquefunctionalpropertiessuchasimpactingenergyabsorption,soundabsorption,flameresistanceandheatresistance．Inmostcases，thefunctionssuchasfiltration,separation,heat01'massexchange，andsoundorenergyabsorptionrequireopen-celledstrucRlres．Therefore，aluminumfoamswithopen-celledst

5、ructureshavewiderapplicationsinfunctionalstructures．Thispaperdescribesaspace-holdermethodformanufacturingopencellaluminumfoams．Thespecimenpreparingprocessconsistsofthemixing,compacting，removingofspace-holderandsmteringstages．Theporosity，mierostructureandcompressivepropertyofthefoamswe船cha

6、racterized．Theresultsshowthatthesphericalcarbamideasaflewspace-holderCallbeusedtoproducealuminumfoamsampleswithporositiesbetween50％and80％．Dependingontheshapedistributionofthespace-holderparticles,themorphologyoftheporesinthefoamCallbeeasilycontrolled．Itisalsopossibletoobtainapurposelytail

7、oreddistributionofperesizeorrelmivedensityinthefoambyusingspace-holderparticleswi也differentparticlesizerangesorbyvaryingtheweightfractionofthealuminumpowdersinthesinteredcompact．Theidealcompactionpressureis400MPaandtheoptimumsinteringparametersare550"Cfor3hours．Allt