2.1泡沫铝材料的结构特点泡沫铝是一种轻质功能材料，高孔隙率（60%~90%），孔径一般为0.1~6mm孔隙结构主要有通孔和闭孔。

通孔，密度0.8~1.2g/cm3，孔隙率50%~70%，孔径1mm以下，高温气体和液体的过滤材料，散热材料闭孔，密度0.2~0.5g/cm3，孔隙率80%~90%2.2泡沫铝材料的吸声性能表面几乎不存在可声波反射的平面。

孔道中的空气在声波作用下会发生压缩-膨胀形变，将声能转变成热能。

孔隙结构对吸声能力影响较大两种吸声形式即表面漫反射吸声和穿孔亥姆兹共振吸声。

在泡沫铝背后设置一空气层，形成泡沫铝吸声箱。

随着泡沫铝背后空气层厚度的增加，吸声主频率逐渐向低频移动。

2.3泡沫铝材料的隔声性能声波进入泡沫铝孔隙，引起孔隙中空气震动，继而金属间架振动，金属间架相互牵制，振动受阻而转化为热能。

通常使用的聚氨酯泡沫隔声材料，100mm厚最大隔声量为23dB，而泡沫铝材料20mm厚可以隔30dB以上。

密度对闭孔泡沫铝的整体隔声性能具有很大影响不同密度新孔泡沫铝裸板的隔声性能变化趋势基本一致厚度对闭孔泡沫铝裸板隔声性能具有显著影响为了减小闭孔泡沫铝裸板中透孔和裂缝对隔声性能的影响，一般在工程中制成夹芯板。

相同密度和相同厚度的泡沫铝夹芯板比泡沫铝裸板隔声性能高。

厚度太低会造成较多的裂缝和透孔，当两面贴板后，可以很好的解决透孔和裂缝所造成的声损失2.4泡沫铝材料的压缩强度与块体材料不同，多孔材料的性能测试还与材料的尺寸有关，对较大试样的多孔材料而言，可不考虑材料的尺寸效应。

但对试样较小的多孔材料而言，要材料的尺寸效应。

闭孔泡沫铝压缩过程经历三个阶段：1、线弹性变形阶段2、坍塌变形阶段：初始坍塌和延续坍塌3、致密化变形阶段动态压缩特征曲线与静态压缩时的特征一样，经历三个变形阶段。

动态与静态的压缩应力-应变曲线有着明显的差异：动态的曲线更加光滑，没有明显的平台区域；随着应变的增加，应力增加先快后慢再快，但一直处于增加的趋势，且在阶段2没有出现静态压缩时的应力突降现象；动态压缩的平台应力比静态压缩的平台应力大，且随着密度的逐渐增加，平台应力的差异也在缩小，应力-应变曲线也逐渐趋于一致。

静态压缩时速度慢，孔壁破裂后，闭孔内部的氢气就会慢慢释放出来，因此气体在压缩过程中忽略不计。

但动态压缩时压缩速度很快，压缩闭孔泡沫铝的过程不单是孔壁和孔棱消耗外力所做的功，孔内的氢气也会引起一个附加强度的增量，由孔壁和孔棱坍塌造成的应力下降会得到一定的补偿，因此动态压缩比静态压缩时应力-应变曲线光滑。

Al基闭孔泡沫铝压缩曲线非常光滑，形变过程非常平稳，显示出典型的塑性泡沫材料特征。

Al-6Si基闭孔泡沫铝压缩曲线有明显的起伏，显示出脆性材料的压缩特征，这是由于Al-6Si 基闭孔泡沫铝基体中含有大片状和长条状金相以及大量脆性相。

在铝合金中添加粉煤灰颗粒可以提高泡沫铝的压缩强度添加短碳纤维可以显著提高泡沫铝的压缩强度2.5泡沫铝材料的吸能性能能量吸收能力是表征单位体积的泡沫铝压缩至一定应变量时所吸收的能量，总吸收能量为应变压实前应力-应变曲线下的积分面积。

闭孔泡沫铝的能量吸收能力随着应变的增加而增大。

应变相同时，闭孔泡沫铝密度越大，能量吸收能力也越强。

但随着密度的增加，孔隙率和致密化应变逐渐减小，同样体积的闭孔泡沫铝吸能空间缩小，因此整体吸能量反而会降低。

同种材质的泡沫铝中，密度为（0.5-0.6g/cm3）的泡沫铝吸能量较高。

泡沫铝材料的吸能性能随密度提高而增大，随着泡沫铝材料密度增大、孔隙率降低，孔壁强度增大，压缩强度增大，吸能量增大；然而，随着泡沫铝材料密度增大、孔隙率降低，可压缩变形率低，吸能减小。

要使泡沫铝具有更高强韧性、更高吸能效果，就制作孔壁强度高且孔隙率高的泡沫铝材料。

Al基闭孔泡沫铝的能量吸收能力要大于Al-6Si基闭孔泡沫铝的能量吸收能力，因为Al-6Si基泡沫铝中含脆性相较多，压缩时坍塌造成。

吸能效率：真实多孔材料和理想多孔材料压缩到相同应变时所吸收的能量的比值。

2.6泡沫铝材料的电磁屏蔽性能厚度对闭孔泡沫铝电磁屏蔽性能没有太大影响。

闭孔泡沫铝厚度增加，其吸收损耗会增大，因此总的屏蔽性能必定提高，然而由于电磁辐射的集肤效应，屏蔽厚度对屏蔽性能影响很小。

2.7泡沫铝材料的传热性能泡沫铝材料的导热系数介于实体铝材料和隔热材料之间，并随着孔隙率的增加而减小。

空气的导热系数很低，对泡沫铝的低导热系数起到了主导作用。

导热系数随孔隙率的增大而减小；在孔隙率相当的情况下，孔径对导热系数的影响很小。

开孔率越多，导热系数越大。

2.8泡沫铝材料的抗弯强度泡沫铝作为结构材料应用时，一般采用泡沫铝夹芯板。

泡沫铝夹芯板的抗弯强度与花岗岩的抗折强度相当，机械强度很好。

2.9泡沫铝材料的阻尼性能泡沫铝材料的阻尼性能与吸能性能相关，吸能越大的泡沫铝材料的阻尼性能越好，即孔隙率越大、韧性越好且压缩强度越高的泡沫铝材料阻尼性能越好。

3 泡沫铝材料制备基础理论3.1制备闭孔泡沫铝材料的发泡机理在铝熔体中产生气泡（气泡是由混入的发泡济受热分解后产生的，也可以是吹入的），气泡滞留在金属熔体中，冷却后使铝合金中形成泡沫状结构，称为闭孔泡沫铝。

影响参数：发泡剂分解产生的气体压力、熔体的黏度、气泡表面张力发泡剂分解产生的氢气的压力是提供气泡生长的驱动力；表面张力作用下，气泡表面有缩小的趋势；熔融金属的黏度抑制气泡的生长。

3.2TiH2分解过程气体来源分为外生气源和内生气源。

外生气源就是直接向铝熔体中注入气体（空气，氮气，惰性气体等），注入气体搅拌分散而在熔体中形成泡孔。

内生气源是向铝熔体中加入发泡剂（固体颗粒），发泡剂能够在铝熔体中发生分解，分解产生的气体在熔体中形成泡孔。

熔体发泡法采用这种发泡方式。

3.2.1氢化钛的物理性质氢化钛灰黑色粉末，3.8-3.912g/cm3,真空中分解温度800、空气中400。

氢化钛颗粒为不规则的多面体块状物，存在比较锋利的棱角。

3.2.2氢化钛分解动力学分析测定590℃、620℃、650℃、680℃下氢化钛分解率。

在590℃-620℃的温度区间内，氢化钛的分解率跃升幅度较大。

在温度一定的情况下氢化钛分解速率可以分为三个阶段，0-20min为快速分解阶段，20-30min为慢速分解阶段，30-60min为时氢化钛的分解逐渐趋于停滞；三个阶段特征随温度的升高变得更加明显。

结论：用氢化钛作为发泡剂制取泡沫铝时，泡沫生长的有效时间为0-30min。

氢化钛的一个大吸热锋在560℃附近，另一个吸热锋在680℃左右。

3.3铝熔体的黏度铝熔体的黏度是影响发泡的重要因素之一。

当发泡剂分解释放的氢气的压力一定时，熔体的黏度越大，熔体内形成的泡沫就越稳定。

增黏方法:（1）引入非金属颗粒；（2）向熔体中加入合金元素，令其在一定的温度范围内产生固相的金属间化合物析出相，常用的有钙、钛、锰、铁、硅等。

CaAl2化合物是一种难熔块状物质，对铝熔体增黏效果起着很坏影响。

CaAl4使熔体增黏效果好，且均匀。

在铝熔体中加入一些高熔点材料的细小颗粒，也可以增大黏度，增大气泡的表面张力，使泡沫稳定。

实际中使用Al2O3、SiO2等。

在铝熔体中添加短纤维，如碳纤维也可以提高铝熔体的黏度。

生产中常添加金属钙和金属化合物微粒。

实际上，添加泡沫铝块切割的边角料和锯粉等返回料即可带入一些固体颗粒。

铝熔体黏度还与温度有关，温度升高，熔体黏度减小，气泡壁承受来自氢气的压力变弱，气泡容易撑破，气体逸出，造成泡沫塌陷。

因此发泡温度有一个最佳范围。

3.4 铝熔体的表面张力3.4.1表面张力概念当不同相存在于同一体系时，在体系内存在的着相界面。

由于界面分子与内部分子受到的作用力不同就产生了表面张力。

这是由于界面分子和内部分子相比所受到的作用力不同，熔体表面层分子一方面受到本相内部分子的作用，另一方面又受到性质不同的另一相分子的作用。

对熔体和气体相界面来说，由于气体分子的作用力远远小于液相内部分子的相互作用力，从而使液相表面分子处于一种不平衡的力场中，结果是液相表面分子产生一个指向液体内部的力，使液体的表面具有自动缩小的趋势，这种力图收缩表面的力称为表面张力。

在液相内部，分子受邻近四周分子的作用力是对称的，合力为零。

而处于表面的分子却不同，它的下方受液体分子的吸引，上方受气相分子作用，由于气相分子的密度远小于液相分子对它的引力。

因此，表面分子与内部分子的受力是不同的。

表面分子受到的合力垂直于液体表面指向液体内部，它力图将表面分子推入液体内部，使液体表面自动收缩到最小。

3.4.2表面张力影响因素影响表面分子受力不均衡或能量不均衡的因素都会影响表面张力的变化：（1）物质结构的影响。

主要指物质结合的键能，金属键的键能最大，离子键的键能次之，共价键的键能最小，所以有金属键结构的物质表面张力最大，离子键结构次之，共价健结构的物质表面张力最小。

（2）接触相的影响。

接触相物质的密度大，对表面分子的引力就大，反之，引力越小。

（3）温度的影响。

表面张力会随着温度的升高而降低。

这是因为温度升高时液体的体积膨胀，密度降低，消弱了液体内部分子对表层分子的作用力。

（4）流动速度的影响。

液体的流动速度越快，液体表面的分子受力越不均衡，表面分子自动收敛的能力降低，即表面张力减小。

3.5铝熔体对固相颗粒表面的润湿性润湿现象通常是指在固相表面上气相被液相所取代，或者固相表面上的液相被另一种液相所取代的现象。

在铝熔体中加入氢化钛颗粒、氧化物颗粒，只有铝熔体对这些固相颗粒表面润湿，铝熔体才能将它们包裹起来，它们才能够很好的分散在铝液体中。

润湿分三类：（1）完全润湿，接触角为0，液体可以自发的在固相表面完全铺展开。

（2）润湿。

接触角小于90度，熔体在固相表面可以自发铺展（3）不润湿。

接触角大于90，熔体在固相收敛。

润湿性与熔体温度有关，温度升高熔体表面张力降低。

这是由于温度升高，物质体积膨胀，密度降低，削弱了物质内部分子和表面层分子的相互吸引力，从而使表面张力降低。

熔体表面张力降低导致熔体对固相表面润湿性提高。

3.6铝熔体中气泡的形成发泡剂加入到铝熔体中后，在搅拌的状态下，每个氢化钛颗粒都被铝熔体润湿，包裹起来，分散在铝熔体中，每个氢化钛颗粒形成一个气泡，每个气泡将经历形成与发展过程。

在进入铝熔体的初期，氢化钛颗粒上吸附的活性氢原子在搅拌过程中释放出来，氧化燃烧，剩下的氢要在发泡中释放出来，形成气泡。

气泡的形成、长大过程受到表面张力、黏度、液体惯性和气体压差等影响。

事实上，冶金过程中的开核都是非均质的，也就是说气泡是在与熔体接触的固体颗粒表面上形成的。

熔体中有很多物质可以作为非均质形核的核心，包括坩埚壁的微孔，发泡剂，熔体中的氧化物、杂质等。

气泡形成后会受到向上的浮力，造成气泡上浮，气泡在铝熔体中的上浮，主要取决于驱使气泡向上运动的浮力和阻滞这一运动的黏性阻力与变形阻力。