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泡沫铝及其制备方法

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泡沫铝是同时兼有金属和气泡特征的新型轻质功能-结构一体化
材料,其特殊的结构决定了它具有许多致密金属所没有的特殊性能,
如(1)轻质:密度仅为金属铝的10%~40%;(2)高比刚度:其抗弯比刚
度为钢的1.5倍;(3)高阻尼减震性能及冲击能量吸收率:阻尼性能为
金属铝的5~10倍;(4)良好的隔声性能(闭孔)和吸声性能(通孔):
声波频率在800~4000HZ之间时,闭孔泡沫铝的隔声系数达0.9以上;
声波频率在125~4000HZ之间时,通孔泡沫铝的吸声系数可达0.8;
(5)优良的电磁屏蔽性能:电磁波频率在2.6~18GHz之间时,泡沫铝
的电磁屏蔽量可达60~90dB;(6)导热系数低,闭孔泡沫铝导热系数
相当于大理石;而通孔泡沫铝则具有良好的散热性。泡沫铝性能的优
劣主要取决于其孔隙率、孔径、通孔率、孔类型、比表面积等孔结构
参数,而其孔结构参数主要取决于制备工艺。因此泡沫铝的制备技术
已成为新材料领域的研究热点。
一、粉末冶金发泡法。
粉末冶金发泡法是将铝或铝合金粉末与发泡剂(一般为TiH2)按
一定比例配制并混合均匀,在适当的压力下压成致密的预制胚体,然
后将压好的预制体进一步加工成半成品,再将此半成品放入所需零件
形状的钢模内,加热到接近预制体熔点的温度,使发泡剂分解释放出
气体形成气泡,制得闭孔泡沫铝。类似于粉末冶金法的烧结工艺过程
的另一种方法是烧结脱溶法。首先将铝或铝合金粉末和可去除填充颗
粒混合均匀,再把混合物压制成致密的半成品,然后在一定温度烧结。
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若填充颗粒为尿素、碳酸氢氨等可分解有机物,则烧结过程中颗粒会
分解气化;若填充颗粒为NaC1等可溶性盐,则在烧结后用溶剂将其溶
去得到通孔泡沫铝。
二、熔体发泡法。
熔体发泡法发泡过程在液相进行,主要有直接吹气法、发泡剂发
泡法等。直接吹气发泡法是:首先向金属熔融液中加入SiC、Al2O3等,
并均匀分散以提高熔体粘度,然后向熔体底部吹入气体(如氮气、惰性
气体等),在金属液中形成大量气孔后冷却凝固。发泡剂发泡法是:在
铝熔融体中加入发泡剂搅拌均匀,加热使发泡剂分解产生气体,气体
膨胀而发泡,冷却后得泡沫金属。所用发泡剂通常为TiH2或ZrH2等
金属氢化物。通过高速搅拌使发泡剂颗粒迅速均匀分散于铝熔融体中、
使用增粘剂(如金属钙)增大熔体的粘度以防止发泡过程中气泡逸出
或结合长大,可以使孔结构得到改善。
三、二次发泡法。
二次发泡法是一种综合了粉末冶金发泡法及熔体发泡法优点的泡
沫铝制备方法,其技术工艺路线是在铝熔体中加入增粘剂(Ca、Al2O3
等)搅拌均匀,在合适的温度和粘度条件下加入发泡剂(预处理好的
TiH2),分散均匀,在TiH2未分解前将熔体铸入模具中快速冷却凝固,
即得到发泡先驱体。当发泡先驱体受热达到一定温度时,先驱体中
TiH2开始分解并发泡,最终制得泡沫铝。
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