种方法中界面的结合、泡沫膨胀规律等问题都做了较深入的研
究，但此种方法在制备过程中需要冷压后热压，并且还需要在模
，具中进行，限制了泡沫铝夹芯板成品的大小，使其只能制备出大
小不超过模具尺寸的产品。
Ｆｉｇ．５
图５表面热喷涂泡沫构件 Ｓｕｒｆａｃｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｐｒａｙｉｎｇ ｆｏａｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
多孔的结构特性使粘接前的表面清理过程较为复杂，胶粘后表
面孔内残留杂质的清除比较困难。面板／芯层粘接后仅在泡沫
的骨架处实现了结合，实际有效结合面积较小，造成夹芯板结合
强度偏低。另外，胶粘工艺主要依靠胶层实现面板与芯层的连
接，因此在高温及强腐蚀等条件下中间胶层融化或变质而失效
时，夹芯板即同时出现分层而被破坏。故采用胶粘工艺生产的
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｆｏａｍ ａｌｕｍｉｎｕｍｓ ａｒｅ ａ ｎｅｗ，ａｓ ｙｅｔ ｉｍｐｅｒｆｅｃｔｌｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ，ｃｌａｓｓ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈ ｌｏＷ ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ
ａｎｄ ｎｏｖｅｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ，ｔｈｅｒｍａｌ，ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｕｓｅｓ ｏｆ ｆｏａｍ ａｌｕｍｉｎｕｍ
金属一样进行阳极处理，为避免腐蚀，需将处理后泡沫结构中的
电解质去除。表皮的微孔洞有利于粘性涂料的涂覆，但烘焙涂
料会形成气泡（表面涂料气泡）。因为孔洞中气体膨胀并试图从
表面微裂纹中逸出，所以需要留有一些不涂覆的区域以使泡沫
在温度变化时能够“呼吸”。如果泡沫必须完全密封，涂覆工艺
应在真空中进行，直到涂层完全凝固为止，而真空限制了涂覆工
ｓａｎｄｗｉｃｈ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
１．２泡沫铝夹芯板预制体的直接成型 １．２．１模具压制成型制备泡沫铝夹芯板
２００２年东南大学梁晓军进行了模具压制成型的泡沫铝夹 芯板的制备研究，并且成功地制备出了泡沫铝夹芯板。主要制 备工艺是将面板（４：，４５ｍｍ）与混合过的粉末一起置入模具 中［２９－３ｚ］（如图８所示），在６３ｔ液压机上进行冷压后，再在４５０℃ 下经过１ｈ左右的保温，然后进行热压，得到圆片状可发泡夹芯 板预制体。再置于如图９［３２］所忝的封闭发泡模具中加热，使芯 部膨胀发泡，冷却凝固后即得到泡沫铝夹芯板。东南大学对此
１．１芯材与面板的不同连接方法
１．１．１胶粘连接方法
’
Ｃｒｕｐｉ Ｖ等Ｉｓ－ｕ］曾采用胶粘的方法将熔体发泡法生产的泡 沫铝与铝板或胶合板粘在一起制备泡沫铝夹芯板，并对胶粘的
夹芯板进行了冲击、疲劳、三点抗弯等力学实验研究。从根本上
来说，胶粘工艺制备泡沫铝夹芯板属于一种物理连接方法。虽
然胶粘工艺具有工艺简单，产品精度较高的特点，但泡沫铝材料
ｍｉｎ（ａ），Ｏ．８ｍ／ｍｉｎ（ｂ）；ｏ．４ｍ／ｒａｉｎ（ｃ））。激光焊接工艺虽然适用 于连续性生产，但速度较慢，且不属于面连接，不适合大型生产。 另外激光焊的连接强度也较低。
Ｆｉｇ．１
图１超声扭转焊的原理图 Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ａｌｌ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｏｒｓｉｏｎ ｗｅｌｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
ｐｏｗｄｅｒ ｓａｎｄｗｉｃｈ ｒｏｌｌｉｎｇ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ，Ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ，ｔｈｅ ｐｏｗｄｅｒ ｓａｎｄｗｉｃｈ ｒｏｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ａ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ
ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｍｅｔｈｏｄ。ｗｈｉｃｈ ｉＳ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｔｏ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗｏｒｋ ａｎｄ ｃａｎ ｂｅ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｂｕｌｋ
图３激光辅助ＡｌＳｉ７芯材发泡过程和结果 Ｆｉｇ．３ Ｌａｓｅｒ ａｓｓｉｓｔｅｄ ＡＩＳｉ７ ｆｏａｍｉｎｇ ｗｉｔｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｓ
１．１．５扩散连接 对于连接面板相似于芯材的金属和制造复杂的结构，扩散
连接是一种很吸引人的制造方法。扩散连接在界面处保留了基 体的金属显微结构。扩散过程要求足够的压缩力来破坏氧化层 从而使界面在原子尺度上紧密接触。金属泡沫在很大的压力下 很容易变形，所以需要超塑性材料作为面板使得在相对低的压 力下形成大的塑性变形，这样有助于氧化层的破裂和界面的紧 密接触。扩散过程如图４所示【２引。此种扩散连接的过程需要 事先将制备好的泡沫铝材料的表面清理干净，但泡沫铝的多孔 表面处理比较困难，另外此种方法对面板的要求也很高，必须为 超塑性材料。因此这种泡沫铝夹芯板的制备过程也具有一定的 局限性。
。Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ＡＩ Ｆｏａｍ Ｓａｎｄｗｉｃｈ
ＺＨＡＮＧ Ｍｉｎｌ，ＣＨＥＮ Ｃｈａｎｇｊ ｕｎｌ，ＹＡＯ Ｇｕａｎｇｃｈｕｎ２
（１ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
上，可以制备形状复杂的构件，见图５［２７｜。熔化材料的能源可以
是电弧或惰性气体等离子，喷涂材料可以是金属、陶瓷或塑料。，
但此种方法制备工艺较复杂，不适于工业化生产。
，
Ｆｉｇ．７
。
图７多针缝合机器示意图 Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｎｅｅｄｌｅ ｓｅｗｍｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｆｏｒ
图４扩散连接过程的示意图 Ｆｉｇ，４ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｉｌｌｍｔｍｔｉｏｎ ｏｆ ＤＢ ｐｒｏｏ诅ｕｒｅ
万方数据
泡沫铝夹芯板的制备技术／张敏等
·８７·
１．１．６泡沫芯的表面涂覆
泡沫铝夹芯板可以通过泡沫铝板的表面涂覆工艺制
备［３’２６１。但必须考虑多孔结构的润湿性，因为其明显地限制了
浸泡构件的表面处理工艺（酸洗、阳极处理等）。泡沫铝可像铝
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｉｓｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００８１；
．，
， ２ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０００４）
艺的应用范围。
，
１．１．７表面热喷涂制备泡沫芯复合结构
涂覆加工很大程度上仅限于平整表面，不适于形状复杂的
构件［３］。但采用热喷涂技术，几乎可生产任何形状的泡沫一喷
涂一沉积复合材料，与粘接复合材料相比，其优点是［２７］是利用熔化的粉末或线材来实现的一种表面技
术。通过气体喷射将熔化的材料加速并输送到需要涂覆的表面
Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈ Ｂｏｍ等［１６］利用超声扭转焊接的方式将ｌｍｍ的 Ａ１Ｍｎｌ面板和ＡＩＳｉ７的泡沫芯焊接在一起，另外超声扭转焊接 还能够将开孔的泡沫钢（ＧＪＳ４００）［１引、不锈钢的空心结构 （３１６Ｌ）［１８］与金属板焊接在一起。超声扭转焊的过程中需要调 整的参数有焊接高度、焊接力以及焊接能量。焊接过程中焊接 系统会根据需要焊接的材料来没定焊接的参数。设备示意图和 焊接试样如图１、图２所示。但超声扭转焊焊接面积存在一定 的限制，不能够将整个需焊接面全部焊接在一起，这也使得超声 扭转焊的应用受到了限制。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ
ａｌｕｍｉｎｕｍ ｆｏａｍ ｓａｎｄｗｉｃｈ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｍｅｔｈｏｄ，ｐｏｗｄｅｒ ｓａｎｄｗｉｃｈ烈ｌ堍，ｈｉｇｈ ｔｅ州ｐｅｍｔｕｒｅ ｗｏｒｋ
０ 引言
泡沫金属是一类具有低密度以及新奇的物理、力学、电学、 声学等特殊性能的新型材料。这种材料在轻质结构、能量吸收 和热控制等方面均具有应用潜力。现在绝大多数商用泡沫金属 均是以泡沫铝和泡沫镍为基础的产品［１３。本文则主要介绍以泡 沫铝为基础制备的产品。泡沫铝材料作为泡沫金属的一种，其 功能和用途十分广泛。泡沫铝的潜在用途之一是作为泡沫铝夹 芯板的芯材使用。泡沫铝夹芯板不仅同时具有泡沫铝材料诸多 优异的性能，同时还解决了单一泡沫铝强度较低的缺点，是一种 综合性能优异的新型功能材料。目前泡沫铝夹芯板材料已在汽 车制造、航空、航天等领域得到应用［１－－４］，并且在轨道交通方面 的应用也很有潜力。但受制备技术及基础理论的制约，目前高性 能泡沫铝夹芯板材料在我国还未实现大规模工业化生产。开发 出一种适合我国国情的高效率、短流程、节能节材白ｇ泡沫铝夹芯 板材料制备新技术对我国国民经济的发展具有重要意义。
万方数据
·８６·
材料导报
２００８年１月第２２卷第１期
过程中要将氧化层去除。去除氧化层的方法有２种：通过刮、刷 或超声波使氧化层破坏；或用钎剂进行处理。但用钎剂处理时 若处理不当很容易导致表面腐蚀的发生。尽管无钎剂钎焊技术 可应用到泡沫铝中，但必须采取一定的防腐蚀措施，因为锡基和 锌基合金与铝的结合可能导致腐蚀问题。所以腐蚀问题限制了 泡沫铝面板和芯材的钎焊。另外在钎焊连接中连接的区域仅限 于孔棱，也会导致结构强度的降低。 １．１．３超声扭转焊接
图２超声扭转焊试样的几何结构 Ｆｉｇ，２ Ｓｐｅｃｉｍｅｎ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｂｙ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｏｒｓｉｏｎ ｗｅｌｄｉｎｇ １．１．４激光束焊接 激光焊接可以直接将制备好的泡沫芯与面板焊接在一起。 此过程中激光热能的输入导致了板材和泡沫表层的熔化，在凝 固后形成了金属的连接。这种连接仅存在于熔化的板材和靠近 界面处几个熔化的孔结构材料之间。由于激光束具有深的渗透 性，接近板材表面的部分泡沫材料也进入了连接区域。另外，激 光束热能的高集中性，可保证连接区以外的泡沫材料不熔化或 尽可能少熔化［３］。本技术也可以将通过粉末致密化法制备的泡 沫铝夹芯板进行发泡处理，这个过程是将芯材发泡和界面的冶 金结合共同进行［１９￣２引。图３Ｅ２４］是采用激光焊接工艺将预制后 的泡沫夹芯板先驱体进行发泡并冶金结合的示意图（Ｌａｓｅｒ·ＣＷ Ｃ０２激光器；功率Ｐ＝５ｌｉｗ；Ａｒ＝３０ Ｌ／ｎ＇ｆｉｎ；处理速度Ｖ＝２ｍ／