泡沫鋁材料的制備方法及應(yīng)用研究

蘇旭東 任志菲

摘要：本文分析了泡沫鋁材料不同于其他金屬的優(yōu)良性能，并介紹了目前泡沫鋁材料采用的制備方法及其應(yīng)用研究現(xiàn)狀，最后指出了今后研究泡沫鋁材料的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：泡沫鋁 ?制備方法 ?應(yīng)用

1 概述

所謂泡沫鋁材料，就是由鋁或是鋁合金基體與氣孔

（閉孔或通孔）進行復(fù)合而得到的一種結(jié)構(gòu)一體化的具有輕質(zhì)功能的新型材料。由于其自身結(jié)構(gòu)的特殊性，使其具有不同于其他金屬的特殊性能，如高孔隙率和比表面積，還有較強的能量吸收性、高的比強度、抗沖擊性能、電磁屏蔽、高阻尼等優(yōu)良的性能，使得其在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其性能的好壞主要由制備方法來決定，因此，本文主要對其制備方法和應(yīng)用現(xiàn)狀進行了分析。

2 泡沫鋁材料的制備方法

2.1 粉末冶金發(fā)泡法 粉末冶金發(fā)泡法是指將鋁或是鋁合金的粉末和發(fā)泡劑（一般為TiH2） 根據(jù)一定的比例進行配制并均勻混合，使其在給定的壓力之下被壓縮成較為致密的預(yù)制胚體，之后通過軋制、模鍛或擠壓等方法將其加工為半成品，然后放入規(guī)定形狀的鋼模內(nèi)，溫度被加熱到預(yù)制體的熔點，與發(fā)泡劑產(chǎn)生的氣泡混合得到閉孔泡沫鋁材料。

2.2 熔體發(fā)泡法 熔體發(fā)泡法中主要應(yīng)用的兩種方法是直接吹氣法和發(fā)泡劑發(fā)泡法，它的發(fā)泡過程是在液相中完成。前者是向金屬熔融液中均勻混合分散SiC、Al2O3等，利用特制的旋轉(zhuǎn)噴頭對底部吹入氣體形成氣孔后進行冷卻和凝固。后者是將發(fā)泡劑和金屬熔融體混合均勻，使得氣體膨脹得到泡沫金屬。

2.3 熔模鑄造法 熔模鑄造法是指把已準(zhǔn)備好的泡沫塑料裝入具有一定形狀的模具中，并向其中加入液態(tài)的耐火材料，耐火材料在硬化過程中會使泡沫塑料達到氣化的條件，之后把液態(tài)的金屬熔融液澆鑄到模具中，當(dāng)液體冷卻之后即可達到耐火材料與金屬分離的目的，從而得到與模具形狀一樣的泡沫鋁材料。

2.4 滲流鑄造法 滲流鑄造法是將經(jīng)過預(yù)先處理的填料顆粒放入相應(yīng)的模具內(nèi)并壓實，之后在壓力的作用下使得金屬液流入到顆粒之間的縫隙中，然后溶除預(yù)制體顆粒，從而得到多孔的泡沫鋁材料。

2.5 沉積法 原子濺射沉積法、金屬氣相蒸發(fā)沉積法、電化學(xué)沉積法及反應(yīng)沉積法等方法都屬于沉積法，在這里不再一一贅述。

2.6 中空球燒結(jié)法 中空球燒結(jié)法是利用金屬中空球燒結(jié)，從而達到其進行擴散和結(jié)合，兼有通孔和閉孔的多孔泡沫鋁材料得以制備出。

2.7 二次發(fā)泡法 二次發(fā)泡法綜合了粉末冶金和熔體發(fā)泡法的優(yōu)點，是一種新型的制備方法。主要是通過向金屬熔體中均勻混入增粘劑，使其達到適宜的溫度和粘度之后，使得預(yù)先處理好的發(fā)泡劑（TiH2）在其中均勻分散，在其分解前注入成型模具，冷卻后就可得到發(fā)泡先驅(qū)體，其中的TiH2在加熱到一定的溫度時，就會分解并發(fā)泡，從而制得泡沫鋁材料。

2.8 固-氣共晶凝固法 固-氣共晶凝固法也是一種新型的制備方法，它首先是通過低共熔點將充入氫氣的液體金屬冷卻，在定向凍結(jié)時氣態(tài)氫析出，在低共熔點發(fā)生金屬凝固和氣孔形核，然后氣孔長大，得到藕狀孔結(jié)構(gòu)的多孔金屬材料。

3 泡沫鋁材料的應(yīng)用

3.1 泡沫鋁材料作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用 由于泡沫鋁自身高孔隙率、輕質(zhì)和高比強度的特性，使其可以作為輕質(zhì)的復(fù)合夾芯管或夾層板的理想的填充材料，克服傳統(tǒng)蜂窩夾層材料的各向異性。除此之外，還用于汽車零件中的組成材料，可促進汽車行業(yè)的發(fā)展。除此之外，泡沫鋁材料還用于航空航天領(lǐng)域，波音公司嘗試將其制成直升飛機的尾架。其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用也不可小覷，研究人員將泡沫鋁材料制成又輕又硬且耐火的元件、欄桿或支撐體。

3.2 泡沫鋁材料作為功能材料的應(yīng)用 具有良好的能量吸收和阻尼是泡沫鋁材料的一個優(yōu)勢性能，所以可用于制成吸收及減震材料，例如在汽車的保險杠、航天中返回艙及登月艙的緩沖材料、宇宙飛船的升降機等得以應(yīng)用。利用泡沫鋁材料的消聲減震特性及阻尼特性，可取代傳統(tǒng)的吸聲材料，可用于建筑行業(yè)的辦公設(shè)備、無線電的錄音室、汽車、火車減震、消聲等。此外，泡沫鋁還能用作電磁屏蔽材料，尤其是可以在電磁波高頻區(qū)體現(xiàn)良好的屏蔽性，目前廣泛用于建設(shè)電子裝備室和電子儀器的屏蔽材料。泡沫鋁材料還具有良好的流體傳輸動力，在航空設(shè)備的熱交換器、能源動力用緊湊式散熱片以及空氣冷卻用冷凝塔等設(shè)備中采用這種泡沫金屬可增強其熱交換能力。除此之外，泡沫鋁材料還可用作隔熱材料及過濾材料等等。

4 結(jié)語

由于泡沫鋁具有各方面的優(yōu)異性能，使得國內(nèi)外學(xué)者對其制備方法進行了廣泛的研究，使得其應(yīng)用范圍越來越廣泛。但是從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，國外發(fā)展較快，我國對于泡沫鋁的制備技術(shù)較為成熟，但是在工業(yè)化生產(chǎn)中仍存在許多問題，使其的應(yīng)用領(lǐng)域受到了限制，多數(shù)的應(yīng)用研究仍處于實驗室研究階段。因此，我國的相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)對其工業(yè)化生產(chǎn)方面及推廣應(yīng)用方面進行更加深入的研究，從而推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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作者簡介：蘇旭東（1985-），男，寧夏銀川人，助理工程師，學(xué)士學(xué)位;任志菲（1986-），女，寧夏銀川人，學(xué)士學(xué)位。