泡沫铝的制备方法、性能及应用

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1、泡沫铝的制备方法、性能及应用摘要:池沫铝是一种新型多功能材料,具有独特的结构和许多优异的性能,其应用前景可观,应用范围日益扩大。本文概述了泡沫铝的各种制备方法、性能及应用。结果表明：根据制备过程中铝的状态可以将制备方法分为三类:液相法、固相法、电沉积法；泡沫铝的性能研究方面主要研究了物理性能、力学性能、吸能特性、阻尼性能、吸声性能；泡沫铝主要应用为建筑材料、装饰材料、防音材料、抗振材料、型材及汽车制造业。国外对该领域的研究已相当深人、系统,与国外相比,我国对泡沫铝材料的研究起步较晚,研究尚处于实验范围内,所以,我国今后还应进一步加强泡沫铝材料的研究。关健

2、词：池沫铝；制备方法；性能；应用；较晚中图分类号：TG146.2泡沫铝是一种在金属铝基体中分布有无数气泡的多孔质材料。目前，日本与德国在研究、生产和应用泡沫铝与其他金属泡沫方面居世界领先地位。我国对泡沫铝材的研究始于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，仍然处于起步阶段，未形成生产力。1泡沫铝的制备方法制备泡沫铝的方法有多种,根据制备过程中铝的状态可以分为三大类:液相法、固相法、电沉积法。1.1液相法通过液态铝产生泡沫结构,可在铝液中直接发泡,也可用高分子泡沫或紧密堆积的造孔剂铸造来得到多孔材料。1.1.1熔体发泡法在铝液中直

3、接产生气泡可得到泡沫铝。通常,气泡由于浮力而快速上升到铝液表面,但可以加入一些细小的陶瓷颗粒增加铝液粘度阻止气泡的上升。当前,熔体发泡主要有两种方法:直接从外部向铝液中注入气体;在铝液中加入发泡剂。(1)直接注气法各种泡沫铝合金都可用此法生产,包括铸造铝合金A359,锻造合金1061、3003、6061等。为了增加铝液粘度,需要加入碳化硅、氧化铝等颗粒。此方法的难点在于如何使颗粒被铝液润湿并均匀分布在液体中,颗粒的体积分数通常为10%-20%,颗粒尺寸为5-20微米。然后把气体(空气、氮气、氩气)通入铝液中,同时对液体进行搅拌使气泡细小并均匀分布,这一步

4、工艺的好坏将直接影响产品质量。含有气泡的铝液将浮向液面,由于颗粒的存在,使液体中的气泡相对稳定。用转动皮带将表面半固态的泡沫拉出就得到泡沫铝板。这种方法优点是可以连续生产,可获得低密度、大体积的产品。缺点是要对泡沫板材进行剪切,造成泡沫开孔,同时由于颗粒的加入,使胞壁变脆,对力学性能产生不利影响。(2)加发泡剂法用发泡剂代替气体注入亦可得到泡沫铝。首先在680摄氏度的铝液中加入金属钙,对于实际生产,一般加入量为1.5%-3.0%(wt),搅拌几分钟增加液体粘度,钙的加入对铝液粘度的影响。钙也可用碳化硅等颗粒代替。粘度合适后,加入TH2。在恒压下,TH2分

5、解出H2,液体膨胀泡沫化,6冷却后即可得泡沫铝。TH2可被ZrH2等发泡剂代替。这种方法的优点是可制得非常均匀的泡沫,并且气孔平均尺寸和铝液粘度以及泡沫铝密度和粘度之间存在关系,使孔径可控。1.1.2固-气共晶凝固法近年来开发的一种新方法,依据是在H2中一些金属可形成共晶系统。在高压H2下能获得含氢的均匀铝液,如果降低温度通过定向凝固将发生共晶转变,H2在凝固区域内含量增加,并且形成气泡。因为体系压力决定共晶组成,所以外部压力和氢含量必须协调好。最终孔的形状主要取决于氢含量、铝液外部压力、凝固的方向和速率、金属液的化学成分,通常沿凝固方向形成管状孔,孔直

6、径10um-10mm,长度100um-300mm。1.1.3铸造法(1)熔模铸造熔模铸造工艺：先准备开孔的高分子泡沫,用耐热材料填充高分子泡沫。耐热材料可用莫来石、酚醛树脂、碳酸钙混合物或石膏等,然后通过加热除去高分子泡沫并将铝液铸入模型中来复原高分子泡沫的结构,这一步可以采用加压和加热模型的方法使细小孔洞得到充分填充,最后用水溶等方法除去耐热材料,即得到与原高分子泡沫相同结构的泡沫铝。此法的难点在于如何使铝液充分填充到模型中,以及如何在不破坏泡沫铝结构的同时除去耐热模型。优点是可制备多种泡沫金属,并且可以得到开孔结构,生产重复性好,有相对稳定的密度。(

7、2)渗流铸造在无机或有机颗粒周围铸入铝液可制得多孔铝。无机材料可用蛭石、泥球、可溶性盐等,有机材料可用高分子颗粒。采用这种方法时,造孔剂堆积密度要高,以保证颗粒之间互相接触,以便将来除去,为了防止铝液在铸入时过早凝固,要将造孔剂预热。由于铝液具有大的表面张力,使得铝液很难成功铸入颗粒间隙中,所以可以先将造孔剂块体抽真空,然后加压渗透。待铝液凝固后,可用水溶法或热解法除去造孔剂。此法的优点是通过控制造孔剂颗粒大小来控制孔径大小,缺点是最大孔隙率不超过80%。1.2固相法用铝粉末代替液态铝同样可制得多孔材料。因为大部分固相法通过烧结使铝颗粒互相联结,铝始终保

8、持在固态,所以此法生产的泡沫铝多数具有通孔结构。1.2.1散粉烧结法这种生产方法