高孔隙率通孔泡沫金屬的製備方法
2023-06-16 06:50:06
專利名稱：高孔隙率通孔泡沫金屬的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種泡沫金屬的製備方法。該泡沫金屬基體為鋁或鋁合金，孔結 構為三維網狀通孔結構，孔徑為0.5~5.0mm、孔隙率為80 98%。
背景技術：
泡沫鋁是近年來發展較快的一種新型多功能材料。由於極高的孔隙率和金屬 特質，使之具有優良的吸波、減震、過濾、換熱、緩衝等性能，在環保、能源、 機械、化工、交通、航空航天等領域具有廣泛的應用前景，因而受到學術界和工 業界的普遍關注。其典型應用如高速列車、汽車等交通工具的吸音降噪結構，城 市高架公路的吸音屏障，體育館、音樂廳等大型公共場所內的聲環境處理，固態 光源高效散熱組件，空天飛行器防撞擊護板等。製備通孔結構泡沫鋁的工藝主要有滲流法、粉末冶金燒結法、金屬沉積法和 濺射沉積法。但這些技術製備的泡沫鋁孔結構參數可調範圍非常有限，不能滿足 多樣化的應用要求。因此，開發新的製備技術，對提高泡沫鋁的性能水平、擴大 應用範圍是非常重要的。滲流工藝的基本過程如下首先將選定粒徑的易溶顆粒材料(通常為NaCl)在模具內壓實，預熱，形 成多孔預製塊。將金屬液澆注到裝有多孔預製塊的模具內，然後通過壓力將金屬 液滲入到多孔預製塊的孔隙中，待金屬液凝固後將顆粒材料溶去即得到通孔結構的泡沫金屬。對於易溶顆粒材料的選擇應滿足下列要求(l)顆粒材料必須具有一定的耐高溫性能，以保證在預熱、高溫金屬液滲流過程中不軟化變形，更不能熔化；(2)當充型並凝固後，顆粒應易溶於水或易用其它方式去除掉，以獲得孔 洞連通的網絡結構；(3)顆粒應具有一定的常溫和高溫強度，以保證在預製塊壓 制及加壓滲流時不破碎；(4)顆粒材料還應對環境無汙染、來源廣泛和便於成型 等特點。顆粒滲流法的優點是孔結構(孔隙率、孔徑、孔分布等)易於控制，可保證 有較高的通孔率，缺點是孔隙率一般小於75%,孔徑一般大於l.Omm，使泡沬 鋁的功能性及應用範圍均受到很大限制。此外，該工藝還常常引起易溶顆粒材料(NaCl)殘留，使金屬基體產生嚴重腐蝕。
粉末冶金燒結法包括顆粒燒結法及骨架燒結法。該兩種方法的基本過程分別
為
顆粒燒結法
首先將金屬粉末(純鋁或鋁合金)與造孔顆粒材料(通常為尿素或NaCl) 進行混合，然後在模具內將混合料壓實，壓實後將溼坯置於氣氛保護爐內進行高 瘟燒結，最後將燒結坯進行衝洗去除造孔顆粒即得到通孔泡沫金屬。
顆粒燒結法較適合製備孔隙率較低(一般小於80%)、孔徑變化範圍廣結構 較複雜、幾何尺寸較小的部件。該方法的主要缺點是燒結時間較長，材料力學性 能較低。
骨架燒結法
先將金屬粉末製成懸浮漿料，再將該漿料注入聚合物泡沫材料的孔隙之中， 然後擠壓使多餘的漿料流出，如此重複多次直至達到所要求的孔結構參數。最後 將所得坯料放入爐中進行燒結便得到具有與聚合物泡沫結構基本相同的泡沫金屬。
該方法的優點是泡沫金屬孔分布均勻、結構易控、適應性廣，缺點是過程較 長、成本較高、孔參數精度較低。
金屬沉積法包括電解沉積和濺射沉積。其基本原理是以聚氨基甲酸乙酯發泡 材料為骨架，通過電解沉積和濺射沉積使聚合物泡沫材料孔壁表面包裹一層金屬 材料，然後通過高溫加熱除去聚合物骨架，便得到泡沫金屬。
該方法的特點是所得泡沫金屬與聚合物泡沫具有幾乎完全一樣的孔結構，缺 點是工藝成本較高，只能製備較小和較薄的部件。
發明內容
本發明的目的，在於提供一種操作簡單、成本相對低廉、孔徑及尺寸分布均 勻的高孔隙率通孔泡沫金屬的製備方法，該方法製備的泡沫金屬孔隙率最高可達
98%，孔分布均勻，過程易於控制，在國內還沒有成熟的技術。
本發明的技術方案如下
高孔隙率通孔泡沫金屬的製備方法，其特徵在於選用具有三維貫通孔隙的 泡沫材料作母體材料，然後用溶於水或其它溶劑的粉體漿料填充到母體材料的孔 隙中，經乾燥和固化使漿料硬化形成預製型，再經焙燒使母體材料氣化分解，得到多孔骨架；然後將多孔骨架置於模具中，澆入金屬液，使金屬液滲入多孔骨架 的孔隙中，冷卻後溶去多孔骨架，即獲得三維網狀結構的泡沫金屬。所述的高孔隙率通孔泡沫金屬的製備方法，其特徵在於所述的母體材料為 聚酯泡沫材料，所述的粉體為石膏粉及其它輔助材料，粉體漿料為石膏粉體漿 料；澆金屬液進入預製型中後，對金屬液施加一定的壓力或通過真空吸鑄，使金 屬液滲入多孔骨架的孔隙中，冷卻後用水溶去多孔骨架中的石膏等材料，以獲 得三維網狀結構的泡沫金屬。所述的高孔隙率通孔泡沫金屬的製備方法，其特徵在於:所述的石膏漿料中， 石膏粉及其它輔助材料組分的重量配比為-石膏35~75%自來水 10~30%工業用鹽5~40%氧化鈣 0.5~5.0%所述的高孔隙率通孔泡沫金屬的製備方法，其特徵在於所述乾燥是將預製型在55'C下烘乾24小時，然後在8(TC下烘乾6小時；然後依次在120°C， 310 °C， 55(TC下各保溫3小時，採用慢速、階梯升溫。所述的高孔隙率通孔泡沫金屬的製備方法，其特徵在於所述的金屬液為鋁 液或鋁合金液。所述的高孔隙率通孔泡沫金屬的製備方法，其特徵在於所述的多孔骨架在澆入金屬液前先預熱至600~700°C;所述的金屬液為鋁液，鋁液的澆注溫度為 650~750°C，對金屬液施加的壓力為0.5 4.0個大氣壓，同時模具底部應有若干 排氣孔使多孔骨架內氣體外逸。為使石膏骨架固化後易溶於水,必須向石膏粉末中加入可溶性的添加劑，所 '選的添加劑為工業用鹽。為防止石膏脫水時開裂，應向石膏型中加入氧化鈣，以 減少裂紋傾向。本發明所得泡沫鋁孔隙率在80%~98%之間、孔徑在0.5 5mm之間可調，孔 結構為相互連通的三維網絡結構，分布均勻。
圖1為本發明工藝流程圖。 圖2為本發明製備的泡沫鋁形貌照片。
具體實施方式
將直徑100皿高60ram、孔隙率為95%的聚酯泡沫放入模具中，用a半水石 膏、自來水、工業用鹽(粒徑)IOO目)、氧化鈣(粒徑》100目)等材料按照(質量百分數)45%: 20%: 30%: 5%配製成均勻的粉漿，然後將粉漿注入聚酯泡沫中自然風乾3小時，再於55。C烘乾2小時，然後分別在120°C， 260。C和550°C 各焙燒3小時，使聚酯泡沫燒除形成多孔骨架。將該多孔骨架放入到模具中，在 其上澆注70(TC左右的鋁液，隨後在1~2個大氣壓下將鋁液滲入到多孔骨架的縫 隙之中，最後用水洗除去石膏等材料，即可得到孔隙率為95%的通孔泡沫鋁。
權利要求
1、高孔隙率通孔泡沫金屬的製備方法，其特徵在於選用具有三維貫通孔隙的泡沫材料作母體材料，然後用溶於水或其它溶劑的粉體漿料填充到母體材料的孔隙中，經乾燥和固化使漿料硬化形成預製型，再經焙燒使母體材料氣化分解，得到多孔骨架；然後將多孔骨架置於模具中，澆入金屬液，使金屬液滲入多孔骨架的孔隙中，冷卻後溶去多孔骨架，即獲得三維網狀結構的泡沫金屬。
2、 根據權利要求l所述的高孔隙率通孔泡沫金屬的製備方法，其特徵在於所 述的母體材料為聚酯泡沫材料，所述的粉體為石膏粉及其它輔助材料，粉體漿料為石膏粉體漿料；澆金屬液進入預製型中後，對金屬液施加一定的壓力 或通過真空吸鑄，使金屬液滲入多孔骨架的孔隙中，冷卻後用水溶去多孔骨 架中的石膏等材料，以獲得三維網狀結構的泡沫金屬。
3、 根據權利要求2所述的高孔隙率通孔泡沫金屬的製備方法，其特徵在於所 述的石膏漿料中，石膏粉及其它輔助材料組分的重量配比為石膏35~75% 自來水 10~30% 工業用鹽5~40% 氧化鈣 0.5 5.0%
4、 根據權利要求1所述的高孔隙率通孔泡沫金屬的製備方法，其特徵在於所述乾燥是將預製型在55'C下烘乾24小時，然後在8(TC下烘乾6小時；然 後依次在12(TC， 310°C， 550。C下各保溫3小時，採用慢速、階梯升溫。
5、 根據權利要求1或2所述的高孔隙率通孔泡沫金屬的製備方法，其特徵在於 所述的金屬液為鋁液或鋁合金液。
6、 根據權利要求2所述的高孔隙率通孔泡沫金屬的製備方法，其特徵在於所 述的多孔骨架在澆入金屬液前先預熱至600~700°C;所述的金屬液為鋁液， 鋁液的澆注溫度為650~750°C，對金屬液施加的壓力為0. 5~4. 0個大氣壓， 同時模具底部應有若干排氣孔使多孔骨架內氣體外逸。
全文摘要
本發明公開了一種高孔隙率通孔泡沫金屬的製備方法，其特徵在於選用具有泡沫結構的材料做母體材料，母體材料中具有三維貫通的孔隙，然後用溶於水或其它溶劑的粉體漿料填充到母體材料的孔隙中，經乾燥使得漿料硬化形成預製型，再經焙燒後使得母體材料氣化分解，然後將預製型置於模具中、澆入金屬液，使金屬液充填於預製型的孔隙中，冷卻後溶解除掉成型塊中的粉體材料，即獲得三維網狀通孔的泡沫金屬。本發明得到的泡沫鋁為相互連通的三維網絡結構，孔隙率和孔徑可分別在80％～98％和0.5～5mm範圍內調整。
文檔編號C22C1/08GK101333608SQ20081012253
公開日2008年12月31日 申請日期2008年5月30日 優先權日2008年5月30日
發明者王幸福, 王新福, 韓福生 申請人:中國科學院固體物理研究所