泡沫铝国内外现状及发展趋势

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1、1国内外现状及发展趋势泡沫铝是一种新型结构材料,它是金属铝基体中分散着无数气孔的类似泡沫状的超轻金属材料,一般孔隙率为40%～98%，泡沫铝集多种功能于一体,高孔隙率的多孔结构决定了泡沫铝具有许多优异的性能,如:透流性、吸声性、阻尼性、减振、电磁屏蔽性等;同时,泡沫铝还具有良好的力学性能,如比强度和刚度,因而是一种轻质结构材料;特别是泡沫铝独特的对压缩载荷的响应特征,而具有优异的吸能性,是一种比高分子泡沫材料性能更加优异的冲击吸能及防护材料。泡沫铝的这些优异的性能决定了其在民用、工业、交通、航空、航

2、天及军事国防等领域有着非常广泛的应用前景，在世界上许多国家正获得日益广泛的研究和应用。　国外泡沫铝技术和产业的发展早在上世纪40年代后期,美国就首先对泡沫铝进行了研究,美国人Ａ.Ｓｏｎｉｋ在1948年获得了有关泡沫铝的第一个专利。但由于发泡工艺与泡的尺寸很难控制,泡沫铝一直未得到发展和应用。上世纪80年代初,国际上兴起泡沫铝材料研制,发现泡沫铝材料具有重量轻、耐热、吸声、隔音、抗冲击、耐蚀等性能,又有很强的吸能本领和电磁屏蔽作用,在冶金、建筑、机械、交通运输、电子、通讯等方面均具有广泛用途,故在国际

3、上越来越受重视。世界上一些先进的工业国家均在研究这种超轻量多用途的金属材料。上世纪90年代起,民用工业尤其是建筑业已开始组织生产,目前日本、美国、德国、加拿大等国已上市供应泡沫铝材。2泡沫铝的制备及其力学行为泡沫铝的制备方法世界上制造泡沫铝的方法大体可分为:直接发泡法、精密铸造法、气泡法、烧结法和电镀法等。直接发泡法是当前生产泡沫铝较普遍采用的方法,其基本原理是将某种发泡剂加入熔融的铝或铝合金中。发泡剂受热在高温下分解,释放出气体,滞留于熔体中,凝固后成为泡沫金属。该方法生产出的泡沫铝孔洞间相互独立

4、可用作吸音缓冲材料,但其缺点是气孔分布均匀性差,加入发泡剂到发泡结束的时间间隔短,操作上困难,温度控制不易掌握。对于气泡分布不均匀以及尺寸过大问题,有以下几种解决方法:⑴采用高速混合,使发泡剂粒子在极短时间内均匀分布在液体金属中。⑵提高金属液的粘度可阻止已经均匀分散在铝熔体中的发泡剂上浮,能够使生成的气泡滞留在铝液中而不逸出。⑶适当增加搅拌时间可使发泡剂分散均匀。⑷针对不同的合金成分与发泡剂采用与之相适应的搅拌温度和发泡温度。用此方法生产泡沫铝工序简单、易掌握、成本不高,并且该方法适宜于制造大型板材

5、、块材,这也是目前研究最多的方法。国内大多数单位都是采用该方法研究和生产泡沫铝的,产品为闭孔结构。2.2　铸造法此法系以三维网状结构的聚氨脂泡沫等材料作模型,使熔融的金属液进入模型孔内,然后加热或用溶剂除去网状材料制造泡沫铝。该法制的泡沫铝孔洞之间相互连通,分布均匀,孔隙率高达70%左右。具有过滤、分离、排气等多种用途,且工艺简单、成本低,是目前广泛采用的方法之一。2.3　粉末冶金法将铝粉和发泡剂粉末混合后压制成坯体,对坯体进行预处理,然后加热发泡。在达到一定温度以后,坯体中的发泡剂ＴｉＨ2等受热分

6、解放出Ｈ2,在熔融的金属铝基体中形成气孔,冷却后得到多孔状的泡沫铝。2.4　气泡法该法是将惰性气体从熔融金属底部吹入,使气体在铝基体中形成无数个气泡的制造方法,该法制造的泡沫金属,气孔间相互独立,成本低,但生产控制难度大。2.5　烧结法这种方法是将粉末颗粒体———空心金属珠或金属纤维与粘结剂混合后压制成形,再经烧结而成。所制的材料孔洞相互贯通,分布均匀,但孔隙度小,成本较高,难以在实际中推广应用。2.6　电镀法该法是在泡沫树脂骨架上面镀一层金属的方法。用此法制造的泡沫金属,孔洞连通性好,分布均匀,孔

7、隙度大,但制品厚度有限,成本高,故其推广应用受限制。目前,国内研制泡沫铝所采用的方法主要有直接发泡法和精密铸造法。在上述众多的制备方法中,除特殊要求外,作为工业化大生产最有前途的是熔体发泡法,它的工艺简单,成本低廉。由于生产特殊用途泡沫铝材的需要,国外的粉末冶金法等生产方法也得到了迅速的发展。3　泡沫铝材料的性能⑴密度小由于泡沫铝中存在大大小小的气泡,因此它具有较小的密度,其密度范围在0.2～0.5ｇ/ｃｍ3,与铝比较,泡沫铝的密度约为铝的十分之一。⑵耐热性好泡沫铝具有较高的耐热性,温度达到基体合金

8、的熔点也不熔化,因而泡沫铝可望成为耐热的结构材料。⑶刚性强泡沫铝不像密实金属那样具有延展性,拉伸试验无法测出拉伸率,弹性模量约为铝合金的1/50～1/100。泡沫铝质脆,与原料合金不同,当发生大的变形时,其蜂窝组织产生破坏;反之,如果蜂窝组织不达到破坏强度,泡沫铝也不产生变形。⑷抗冲击性好泡沫铝不像蜂窝材料那样具有方向性,也不像高分子聚合材料具有反弹作用,它有很好的吸收冲击性能和减震性能,是制造抗冲击部件的良好材料,也是精密仪器的理想包装材料。⑸良好的吸音性泡沫铝在低