粉末冶金—添加造孔剂法制备开孔泡沫铝及其性能研究

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1、摘．要泡沫铝作为一种新型功能材料，以其独特的结构而具有许多优异的性能，它的应用已经涉及了航天、航空、化工、机械、电子、环保、能源、生物等工业与高新科技领域，正受到越来越广泛的重视，对其制备工艺及性能的研究已经成为当今的研究热点。本课题采取粉末冶金工艺，用填加造孔剂法，通过压制一溶解一烧结制备开孔泡沫铝。研究了该方法制各泡沫铝的关键工艺过程，探索了实验工艺条件对泡沫铝的形成及性能的影响，确定了制备的最佳工艺参数；研究了不同孔结构及孔隙率、孔径对泡沫铝的影响；比较了不同造孔剂对泡沫铝性能的影响；并对泡沫铝的压缩性能和能量吸收性能进行了研究。研究结果表明，以不同形状尿素颗粒、N

2、aCl颗粒为造孔剂，压制一溶解一烧结为步骤的造孔剂法可以制备孔隙率为50％～80％的开孔泡沫铝，并且工艺简单，孔径、孔形状、孔隙率容易控制。制备开孔泡沫铝的最佳工艺为：压制压力为400MPa；尿素造孔剂溶解工艺为80℃水中溶解5h；烧结工艺为550℃真空烧结3h。球形孔结构的泡沫铝在性能上优于长条形孔结构、多棱状孔结构的泡沫铝。尿素为造孔剂制备泡沫铝时，无论从孔结构还是泡沫铝的性能都优于Nacl为造孔剂时制备的泡沫铝，因此尿素颗粒是添加造孔剂方法制各泡沫铝的理想造孔剂材料。孔径越小，本方法制各的泡沫铝的孔隙率控制精度越高，试验的可重复性越好。相同孔隙率下，泡沫铝的孔径越大

3、，其压缩性能越好。相同孔径下，泡沫铝的压缩曲线随孔隙率的升高快速下降，泡沫铝的弯曲性能随孔隙率的降低而升高。本试验制得的开孔泡沫铝的压缩强度和经典理论计算所得到的结果一致。泡沫铝的能量吸收性能随孔隙率的增大而变差，能量吸收率随孔隙率的增大而减小。本工艺制得的泡沫铝试样的抗压强度范围在0．2～5．5MPa，能量吸收效率约为41．3％。关键词：泡沫铝，压缩性能，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