一種建築用抗爆泡沫鋁夾層板及其製備方法與流程
2023-04-30 00:17:26 3
本發明涉及建築材料領域，特別是涉及一種建築用抗爆泡沫鋁夾層板及其製備方法。
背景技術：
近年來，世界各地均不斷發生爆炸事件，帶來了巨大的經濟和人身傷害，引起了世界各國相關研究工作者的高度關注，爆炸荷載作用下結構的抗爆、防爆研究已經成為建築行業的研究熱點。在突發性爆炸、強衝擊作用下採取合理有效的防爆工程措施，減少在爆炸荷載作用下的結構動力響應，避免其遭受嚴重損傷、破壞以及倒塌，保障生命安全，並且可以最大幅度的降低財產損失，具有重要的研究意義。目前，在我國實際工程中，起到抗爆防護作用的結構吸能層主要採用鋼筋混凝土或鋼板，此類材料質量較重而且較為昂貴
泡沫金屬是一種由氣孔和金屬基材組成的新材料。一般的金屬材料具有密實的多晶體結構，材料中的孔隙一般被當做缺陷來處理，而且當缺陷較多時會影響材料的性能，嚴重時甚至成為廢品。但是泡沫金屬則是利用了這種孔隙缺陷，雖然孔隙數量達到一定程度後其力學性能受到較多影響，但是該種材料卻具有能量吸收，密度低等優異性能，是一種新型的結構功能材料。泡沫金屬材料具有高孔隙率、小密度、大比表面積、大孔徑等結構特徵。以泡沫鋁為例，相較於傳統的金屬材料，泡沫鋁具有極低的導熱率，，較高的耐熱性能以及較高的散熱能力。此外，泡沫鋁在達不到最大應力或破壞的情況下可以吸收衝擊能，通過控制孔隙結構和密度值等係數，可以使泡沫鋁成為理想的吸能材料。
但是，單純的泡沫鋁由於其強度較低，一般難以被直接應用，這就限制了泡沫鋁的使用範圍。泡沫鋁夾層板是在泡沫鋁的基礎上製得的一種新型泡沫鋁材料，其芯層為泡沫鋁或泡沫鋁合金，上下面板為鋁板或其他金屬薄板。與傳統材料相比，泡沫鋁夾層板具有更高的比剛度、比強度、更理想的抗衝擊性，更強的減震性等性能，具有廣闊的應用前景。
中國專利CN201110384532.6公開了一種泡沫鋁夾心板製備方法，該方法包括以下步驟：將霧化法製得的鋁-矽合金粉末與一定比例的發泡劑氫化鈦粉末及金屬鎂粉末混合均勻，灌裝入一端密封的薄壁鋼(或鋁合金)管，灌粉後將管材另一端密封后製成軋制坯料，在冷軋機上慢速軋制複合，所得的複合板經切邊後按照發泡模具尺寸切取發泡預製坯，預製坯在鋼質模具中進行受限發泡，根據要求調整發泡溫度及發泡時間，經過高溫短時發泡後可得到芯層泡沫結構均勻，界面結合良好、厚度精度高、板型優良的高質量泡沫鋁夾心板。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種建築用抗爆泡沫鋁夾層板及其製備方法，該泡沫鋁夾層板具有梯度界面，使用壽命長，並且製備方法簡單，製備原料選材範圍廣，可靈活改變其外觀與外形尺寸，適用範圍較廣。
為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
一種建築用抗爆泡沫鋁夾層板的製備方法，包括以下步驟：
(1)將鋁粉與發泡劑混合後，在混料機中進行混合12-16h，其中發泡劑佔總質量份數的0.7-1.5％，之後對其進行冷等靜壓處理，壓製成型，製得預成型芯體，相對密度為40％-45％；
(2)利用等離子旋轉電極霧化法製得FeAl預合金粉末，將FeAl預合金粉末置於鋼模具中，使用壓頭進行預壓成型，之後將步驟(1)製得的預成型芯體放置於TiAl預合金層之上，之後向模具中裝入FeAl預合金粉末再次使用壓頭進行預壓成型，模具內粉末填裝的相對密度為55％-58％，之後在400-500℃條件下進行熱壓緻密化處理，製得相對密度大於98％的前驅體；
(3)將前驅體放置於電阻爐中，進行充分發泡，之後冷卻，對材料進行表面處理後製得建築用抗爆泡沫鋁夾層板。
優選的，所述發泡劑為TiH。
優選的，所述FeAl預合金粉末中鐵和鋁的質量比為2：(3-7)。
優選的，所述步驟(3)中進行熱壓處理時，首先在400-500℃保溫45-90min，在進行加壓處理，壓力為40-60Mpa。
優選的，所述步驟(4)中發泡過程中的溫度為675℃，發泡時間為1-2min。
一種建築用抗爆泡沫鋁夾層板，由以上方法製備而成。
優選的，該夾層板適用於建築中的抗爆防護使用。
其中相對密度為實際密度與理論密度的比值。
其中夾層板芯層和面板層的質量比為(D芯×ρ芯)：(D面×ρ面)，D芯為芯層的厚度，ρ芯為芯層的密度，D面為面板的厚度，ρ面為面板的密度。
本發明具有以下有益效果，在製備夾層板的過程中，結合粉末冶金的方式，直接以金屬粉末為原料，減少了製備夾層板之前需對面板進行表面處理的步驟，縮短了製備工藝。利用冷等靜壓先將芯層材料進行成型處理，使芯層材料在熱緻密化處理過程中可以受熱更加均勻，成型效果更佳。
在裝模過程中先將粉末填裝的相對密度為55％-58％，粉末之間還存在一定的連通孔，這使得熱壓緻密化過程中，粉末內部可以發生顆粒之間的相對滑動，顆粒可以重排，從而消除孔隙，實現緻密化。由於在原料均為粉體，芯層與面板之間沒有清晰的界面，兩部分的粉末顆粒在層間相互擴散、滲透，形成具有微觀互穿網狀結構、成分連續過渡的界面區域，形成具有梯度界面的材料。這種梯度界面可以使夾層板最大限度的發揮泡沫鋁的獨特性能，更好地吸收能量，具有防爆效果，並且可以延長夾層板的使用壽命。
該夾層板適用於各種形式的形狀加工處理，可以靈活的改變外觀和外形尺寸，產品均能保持良好的梯度界面特性，使用範圍廣。
具體實施方式
為了更好的理解本發明，下面通過實施例對本發明進一步說明，實施例只用於解釋本發明，不會對本發明構成任何的限定。
實施例1
一種建築用抗爆泡沫鋁夾層板的製備方法，包括以下步驟：
(1)將鋁粉與發泡劑TiH混合後，在混料機中進行混合12h，其中發泡劑佔總質量份數的0.7％，之後對其進行冷等靜壓處理，壓製成型，製得預成型芯體，相對密度為40％；
(2)利用等離子旋轉電極霧化法製得FeAl預合金粉末，將FeAl預合金粉末置於鋼模具中，使用壓頭進行預壓成型，之後將步驟(1)製得的預成型芯體放置於TiAl預合金層之上，之後向模具中裝入FeAl預合金粉末再次使用壓頭進行預壓成型，模具內粉末填裝的相對密度為55％，之後進行熱壓緻密化處理，首先在400℃保溫45min，在進行加壓處理，壓力為60Mpa製得相對密度大於98％的前驅體；
(3)將前驅體放置於電阻爐中，進行充分發泡，發泡過程中的溫度為675℃，發泡時間為1min，之後冷卻，對材料進行表面處理後製得建築用抗爆泡沫鋁夾層板。
FeAl預合金粉末中鐵和鋁的質量比為2：3。其中夾層板芯層和面板層的質量比為(D芯×ρ芯)：(D面×ρ面)，D芯為芯層的厚度，ρ芯為芯層的密度，D面為面板的厚度，ρ面為面板的密度。
實施例2
一種建築用抗爆泡沫鋁夾層板的製備方法，包括以下步驟：
(1)將鋁粉與發泡劑TiH混合後，在混料機中進行混合16h，其中發泡劑佔總質量份數的1.5％，之後對其進行冷等靜壓處理，壓製成型，製得預成型芯體，相對密度為45％；
(2)利用等離子旋轉電極霧化法製得FeAl預合金粉末，將FeAl預合金粉末置於鋼模具中，使用壓頭進行預壓成型，之後將步驟(1)製得的預成型芯體放置於TiAl預合金層之上，之後向模具中裝入FeAl預合金粉末再次使用壓頭進行預壓成型，模具內粉末填裝的相對密度為58％，之後進行熱壓緻密化處理，首先在500℃保溫90min，在進行加壓處理，壓力為40Mpa製得相對密度大於98％的前驅體；
(3)將前驅體放置於電阻爐中，進行充分發泡，發泡過程中的溫度為675℃，發泡時間為2min，之後冷卻，對材料進行表面處理後製得建築用抗爆泡沫鋁夾層板。
FeAl預合金粉末中鐵和鋁的質量比為2：7。其中夾層板芯層和面板層的質量比為(D芯×ρ芯)：(D面×ρ面)，D芯為芯層的厚度，ρ芯為芯層的密度，D面為面板的厚度，ρ面為面板的密度。
實施例3
一種建築用抗爆泡沫鋁夾層板的製備方法，包括以下步驟：
(1)將鋁粉與發泡劑TiH混合後，在混料機中進行混合12h，其中發泡劑佔總質量份數的1.5％，之後對其進行冷等靜壓處理，壓製成型，製得預成型芯體，相對密度為40％；
(2)利用等離子旋轉電極霧化法製得FeAl預合金粉末，將FeAl預合金粉末置於鋼模具中，使用壓頭進行預壓成型，之後將步驟(1)製得的預成型芯體放置於TiAl預合金層之上，之後向模具中裝入FeAl預合金粉末再次使用壓頭進行預壓成型，模具內粉末填裝的相對密度為58％，之後進行熱壓緻密化處理，首先在400℃保溫90min，在進行加壓處理，壓力為60Mpa製得相對密度大於98％的前驅體；
(3)將前驅體放置於電阻爐中，進行充分發泡，發泡過程中的溫度為675℃，發泡時間為1min，之後冷卻，對材料進行表面處理後製得建築用抗爆泡沫鋁夾層板。
FeAl預合金粉末中鐵和鋁的質量比為2：7。其中夾層板芯層和面板層的質量比為(D芯×ρ芯)：(D面×ρ面)，D芯為芯層的厚度，ρ芯為芯層的密度，D面為面板的厚度，ρ面為面板的密度。
實施例4
一種建築用抗爆泡沫鋁夾層板的製備方法，包括以下步驟：
(1)將鋁粉與發泡劑TiH混合後，在混料機中進行混合16h，其中發泡劑佔總質量份數的0.7％，之後對其進行冷等靜壓處理，壓製成型，製得預成型芯體，相對密度為45％；
(2)利用等離子旋轉電極霧化法製得FeAl預合金粉末，將FeAl預合金粉末置於鋼模具中，使用壓頭進行預壓成型，之後將步驟(1)製得的預成型芯體放置於TiAl預合金層之上，之後向模具中裝入FeAl預合金粉末再次使用壓頭進行預壓成型，模具內粉末填裝的相對密度為55％，之後進行熱壓緻密化處理，首先在500℃保溫45min，在進行加壓處理，壓力為40Mpa製得相對密度大於98％的前驅體；
(3)將前驅體放置於電阻爐中，進行充分發泡，發泡過程中的溫度為675℃，發泡時間為2min，之後冷卻，對材料進行表面處理後製得建築用抗爆泡沫鋁夾層板。
FeAl預合金粉末中鐵和鋁的質量比為2：3。其中夾層板芯層和面板層的質量比為(D芯×ρ芯)：(D面×ρ面)，D芯為芯層的厚度，ρ芯為芯層的密度，D面為面板的厚度，ρ面為面板的密度。
實施例5
一種建築用抗爆泡沫鋁夾層板的製備方法，包括以下步驟：
(1)將鋁粉與發泡劑TiH混合後，在混料機中進行混合14h，其中發泡劑佔總質量份數的0.9％，之後對其進行冷等靜壓處理，壓製成型，製得預成型芯體，相對密度為43％；
(2)利用等離子旋轉電極霧化法製得FeAl預合金粉末，將FeAl預合金粉末置於鋼模具中，使用壓頭進行預壓成型，之後將步驟(1)製得的預成型芯體放置於TiAl預合金層之上，之後向模具中裝入FeAl預合金粉末再次使用壓頭進行預壓成型，模具內粉末填裝的相對密度為56％，之後進行熱壓緻密化處理，首先在450℃保溫60min，在進行加壓處理，壓力為50Mpa製得相對密度大於98％的前驅體；
(3)將前驅體放置於電阻爐中，進行充分發泡，發泡過程中的溫度為675℃，發泡時間為1.5min，之後冷卻，對材料進行表面處理後製得建築用抗爆泡沫鋁夾層板。
FeAl預合金粉末中鐵和鋁的質量比為2：5。其中夾層板芯層和面板層的質量比為(D芯×ρ芯)：(D面×ρ面)，D芯為芯層的厚度，ρ芯為芯層的密度，D面為面板的厚度，ρ面為面板的密度。
實施例6
一種建築用抗爆泡沫鋁夾層板的製備方法，包括以下步驟：
(1)將鋁粉與發泡劑TiH混合後，在混料機中進行混合15h，其中發泡劑佔總質量份數的1％，之後對其進行冷等靜壓處理，壓製成型，製得預成型芯體，相對密度為42％；
(2)利用等離子旋轉電極霧化法製得FeAl預合金粉末，將FeAl預合金粉末置於鋼模具中，使用壓頭進行預壓成型，之後將步驟(1)製得的預成型芯體放置於TiAl預合金層之上，之後向模具中裝入FeAl預合金粉末再次使用壓頭進行預壓成型，模具內粉末填裝的相對密度為56％，之後進行熱壓緻密化處理，首先在450℃保溫75min，在進行加壓處理，壓力為50Mpa製得相對密度大於98％的前驅體；
(3)將前驅體放置於電阻爐中，進行充分發泡，發泡過程中的溫度為675℃，發泡時間為2min，之後冷卻，對材料進行表面處理後製得建築用抗爆泡沫鋁夾層板。
FeAl預合金粉末中鐵和鋁的質量比為2：4。其中夾層板芯層和面板層的質量比為(D芯×ρ芯)：(D面×ρ面)，D芯為芯層的厚度，ρ芯為芯層的密度，D面為面板的厚度，ρ面為面板的密度。