泡沫铝研究综述

泡沫铝研究综述

班级:材科102班

姓名：***

学号：*********

指导教师：***

泡沫铝研究综述

吴凯青岛理工大学

摘要：泡沫铝是一种新型的轻质结构功能材料。本文首先介绍在制造泡沫铝

的过程中起了至关重要的作用的发泡剂。泡沫铝中气源主要分为H

2源和C0

2

气源，

氢化物发泡剂应用较为普遍；其次对泡沫铝动态压缩力学性能的实验测量技术进行了总结；另外分析总结了泡沫铝随着气孔孔径的减小，它的力学性能、电磁屏蔽效能、吸音性能的变化；最后，介绍了泡沫铝作为结构材料、功能材料及功能结构一体化材料应用的研究现状。

关键词：泡沫铝；发泡剂；力学性能；冲击荷载；小孔径

Abstract:Foam aluminum is a new lightweight structure and function of materials. This paper describes the process in the manufacture of aluminum foam played a crucial role in the blowing agent. Aluminum foam in the gas source is divided into H2gas supply sources and CO2, hydrides foaming more general; followed by dynamic compression of aluminum foam mechanical properties of experimental measurement techniques are summarized; another analysis summarizes the aluminum foam with pore size decreases, its mechanical properties, changes in electromagnetic shielding performance, acoustic performance; Finally, the research status of aluminum foam as a structural material, structural and functional integration of functional materials materials applications.

Keywords:Foam aluminum；Vesicant；Mechanical Properties；Impact load；Small Aperture

引言

泡沫铝是一种新型的轻质结构功能材料，粉末冶金法是一种制备泡沫铝的重要的方法。在泡沫铝内部含有大量分布可控的孔洞，并以孔洞作为复合相的新型复合材料，具有良好的吸能、减震、缓冲、隔音吸声、隔热、电磁屏蔽、质量轻、高比能等优良的物理和力学性能。另外，研究小孔径泡沫铝对泡沫铝的发展有重要意义，当泡沫铝气孔细化到lmm左右时，可分散细化缺陷，使泡沫铝的结构均匀性提高，而泡沫铝孔结构的均匀化可使其形变的不均匀性降低。研究表明，平均孔径的减小可以使泡沫铝力学性能、能力吸收性能等得到提升。因此，研究小孔径泡沫铝、全面提升泡沫铝性能是当今泡沫铝的重点研究方向之一。正因为泡沫铝有如此多有意的性能，近些年来它在航空航天、汽车、船舶、建筑、装潢、环保、医药等领域被广泛使用。

1.泡沫铝发泡剂

铝的熔点为660℃，通常低温发泡剂不适合金属铝的发泡。在泡沫铝的生产中应用较多的是无机类热分解型发泡剂。概括起来主要是氢化物型和碳酸盐型。

1．1氢化物发泡剂

在众多的氢化物中，TiH

2和ZrH

2

被认为是最佳的发泡剂[1]，原因是它们在

400～600℃释放出发泡气体——氢气，这与铝金属的熔点(660℃)和铝合金的熔点(577℃)比较接近[1]。工业生产中，由于成本和资源等因素，TiH

2

应用比较普遍，

因此国内外发泡剂研究通常集中在TiH

2方面。可以利用未经处理的TiH

2

所释放的

氢气在铝熔体中直接发泡，Banhart[2]发现TiH

2

在氩气保护下加热到390℃开始缓

慢地释放氢气，释气过程可分为3个阶段：快速分解阶段、匀速分解阶段和减速

分解阶段。然后当温度达到铝或者铝合金熔点以上时，TiH

2

分解产生的氢气就会在熔融铝或者铝合金内形成无数气泡，冷却这种金属即得到泡沫铝。东北大学先进材料制备中心的姚广春教授采用这种方法制备泡沫铝，以氢化钛作为发泡剂[3]，现在已能批量生产泡沫铝材，并申请了国家发明专利[4]。

1．2碳酸盐发泡剂

V．Gergely在铝金属熔体中加入3．5％的CaC0

3

作为发泡剂，搅拌40～90s后，室温下冷却制备泡沫前驱体，在650～750℃保温15min，发泡剂分解，制备出孔

径均匀、高孔隙的泡沫铝材料，与TiH2相比，CaCO

3

更适合泡沫铝的制备。原因

在于CaCO

3的分解温度较TiH

2

明显滞后，从而推迟了发泡时间，使操作易于控制。

2.泡沫铝力学性能

材料的力学性能往往与应变率有关，随着应变率提高，材料的屈服极限、强度极限都会随之提高，而其延伸率会降低，并出现屈服滞后和断裂滞后等现象。在泡沫铝动态实验测量中，还应注意减小因横向惯性引起的弥散效应，从而保证一维应力波初等理论在其理论计算中的使用。控制其弥散效应常用的方法是确保泡沫铝试件为圆柱形，其直径一般为35 mm，其高度在10 ～ 20 mm。泡沫铝在动态压缩作用下的应力-应变曲线与准静态作用下的明显不同，即随着加载速率的增大，其屈服应力也随之增大。但无论是准静态下还是动态下，泡沫铝的应力-应变曲线都呈现出明显的3 个阶段，即弹性上升阶段、平台阶段和密实阶段。

3.小孔径泡沫铝

常规熔体发泡法制备的泡沫铝平均孔径一般为3～6mm，孔径较大，在泡沫铝孔隙率相近的情况下，实验研究表明，孔径的减小可使泡沫铝的弹性模量、屈服强度、隔音抗噪、能量吸收性、电磁屏蔽等各方面性能都提高[5-7]。

3.1力学性能

吴照金等[5]对不同平均孔径下泡沫铝的弹性模量、应力应变曲线的研究表明，当泡沫铝孔隙率在0．85左右时，随着平均孔径的减小，其弹性模量提高。屈服强度增加，但应力平台区略有减小；在孔隙率相近时，泡沫铝的弹性模量、屈服强度等力学性能都会遵循以上规律，即平均孔径越小，力学性能越好。这是因为在泡沫铝孔隙率基本不变的情况下，平均孔径减小则孔数增多，导致孔壁变薄，试样组织中的气固界面较大，界面强化效应增强，而且平均孔径减小会使缺陷细化，并最终导致弹性模量、屈服强度等力学性能指标增大。

3.2电磁屏蔽效能

风仪等[7]研究了泡沫铝的电磁屏蔽性能，发现泡沫铝电磁屏蔽性能较好，是一种优良的电磁屏蔽材料，当泡沫铝孔隙率相近时，孔径越小，孔的个数越多，电磁波在泡沫铝内部多重反射的次数变多，吸收损耗增大，而反射损耗也随着孔径的减小而增大，因此总的电磁屏蔽效能随着泡沫铝孔径减小而增大。

3.3吸音性能