泡沫金屬材料的調(diào)研

1、泡沫金屬材料的調(diào)研泡沫金屬材料的調(diào)研引言：引言：人們很早就使用了泡沫材料如木頭、磚頭等。而對于金屬泡沫材料卻比較陌生。盡管在60年代就有人提出了泡沫金屬的概念但對其研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。直到90年代左右隨著人們對新型、輕型建筑材料的需求不斷增加以及一些特殊應(yīng)用場合對材料的要求美國、德國、澳大利亞等國家才逐漸開始對這一新型金屬材料進(jìn)行研究。研究工作主要集中在金屬泡沫材料的生產(chǎn)方法及其性能上。相對而言對金屬泡沫材料性能的研究比較成熟但對其生產(chǎn)方法的

2、研究和其用途的開發(fā)目前仍在繼續(xù)探索之中。1、泡沫金屬材料簡介、泡沫金屬材料簡介所謂金屬泡沫材料(又稱泡沫金屬)即為內(nèi)部含有許許多多球形或多面體形狀氣孔的金屬材料氣孔率一般應(yīng)高于50%。實(shí)際上氣孔率可達(dá)到60%～90%。對于鋁及鋁合金其密度可達(dá)到(0.4～1.0)gcm3(實(shí)心鋁的密度為2.7gcm3)。金屬泡沫材料的性能受下列三組參數(shù)的影響:母體金屬(又稱基體金屬)的性能氣孔的相對密度氣孔的形態(tài)和分布。金屬泡沫材料的氣孔結(jié)構(gòu)分為閉孔和開

3、孔兩種形式。閉孔結(jié)構(gòu)是其內(nèi)部氣孔相互獨(dú)立由母體金屬分離每個氣孔都是封閉的。開孔結(jié)構(gòu)為內(nèi)部氣孔相互連接在一起單個氣孔不是封閉的。在許多泡沫金屬中內(nèi)部同時存在閉式氣孔和開式氣孔。金屬泡沫材料最明顯的特點(diǎn)是重量輕、密度低。本文以泡沫鋁為例介紹金屬泡沫材料的性能及其與實(shí)心金屬材料的差異。2、泡沫鋁的制備方法、性能及應(yīng)用、泡沫鋁的制備方法、性能及應(yīng)用泡沫鋁是一種新型多功能材料具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和許多優(yōu)異的性能其應(yīng)用前景可觀應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。本文概述了

4、泡沫鋁的各種制備方法、性能及應(yīng)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(xué)性能、吸能特性、阻尼性能、吸聲性能；泡沫鋁主要應(yīng)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(lǐng)域的研究已相當(dāng)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(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)所以我國今后還應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)泡沫鋁材料的研究。泡沫鋁是一種在金屬鋁基體中分布有

5、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(yīng)用泡沫鋁與其他金屬泡沫方面居世界領(lǐng)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3分子泡沫并將鋁液鑄入模型中來復(fù)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(xì)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(diǎn)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

6、熱模型。優(yōu)點(diǎn)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(fù)性好有相對穩(wěn)定的密度。(2)滲流鑄造在無機(jī)或有機(jī)顆粒周圍鑄入鋁液可制得多孔鋁。無機(jī)材料可用蛭石、泥球、可溶性鹽等有機(jī)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(yù)熱。由于鋁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

7、劑。此法的優(yōu)點(diǎn)是通過控制造孔劑顆粒大小來控制孔徑大小缺點(diǎn)是最大孔隙率不超過80%。3.2固相法用鋁粉末代替液態(tài)鋁同樣可制得多孔材料。因?yàn)榇蟛糠止滔喾ㄍㄟ^燒結(jié)使鋁顆粒互相聯(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)。3.2.1散粉燒結(jié)法這種生產(chǎn)方法包括三個過程:粉末準(zhǔn)備粉末壓縮粉末燒結(jié)。此方法多用于制備泡沫銅。由于鋁粉表面具有的致密氧化膜將阻止顆粒燒結(jié)在一起因此用散粉燒結(jié)法制備泡沫鋁相對困難。這時可以通過變形手段破壞氧化膜使顆

8、粒更易粘結(jié)在一起或加入鎂、銅等元素在595~625攝氏度燒結(jié)時形成低共熔合金。用散粉燒結(jié)制備的泡沫金屬優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、成本低缺點(diǎn)是孔隙率不高、材料強(qiáng)度低。如果用纖維代替粉末燒結(jié)同樣可制得多孔材料。3.2.2粉漿燒結(jié)把金屬粉漿、發(fā)泡劑、活性添加劑混合后注入模子中逐漸升溫在添加劑、發(fā)泡劑影響下漿開始變粘并隨產(chǎn)生的氣體開始膨脹。如果工藝參數(shù)控制得當(dāng)經(jīng)燒結(jié)后就可得到一定強(qiáng)度的泡沫金屬。對于鋁粉可以用正磷酸加氫氧化鋁充當(dāng)發(fā)泡劑。該法存在的主要問題

9、是制得的泡沫材料強(qiáng)度不高并有裂紋。如果把粉漿直接灌入高分子泡沫中通過升溫把高分子材料熱解燒結(jié)后同樣可制得開孔泡沫材料。3.2.3填加造孔劑法Bram等人用高分子球、鎂顆粒、尿素作為造孔劑制備了多孔鈦。由于鋁表面致密的氧化層使顆粒之間在燒結(jié)時結(jié)合困難所以用此法制備泡沫鋁并不多。由于鎂的加入可以有效消除氧化層的影響趙玉園等用類似方法制得泡沫鋁稱為燒結(jié)溶解法。基本過程為：①將鋁粉、氯化鈉顆粒、少量鎂粉混合；②將混合粉壓制成塊；③對壓制的預(yù)制塊