科研创新(泡沫铝夹层板制备研究)

科研创新

姓名： quanmuyi 学号： 00000000 学院：材料科学与工程

专业：材料成型及控制

科研题目：泡沫铝及夹层板制备研究

指导教师：

二O一一年三月徐州

1．泡沫铝

1.1泡沫铝概述

泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成，同时兼有金属和气泡特征，是一种多空隙低密度的新型多功能材料。它具有密度小、高吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤能力、易加工、易安装、成形精度高、可进行表面涂装等特点。因此，应用领域十分广泛。

早在 1948年美国人 Sosnik就提出了用汞在铝中气化发泡制备泡沫铝的方法 ,随后 Ellist于 1951年成功地制备出泡沫铝。20世纪 60年代美国 Ethyl 公司成为研制泡沫铝的科研中心基地。但由于发泡工艺与泡的尺寸很难控制，一直没有得到发展。直到20世纪80年代中期以后，才取得长足进展，开发出一些有工业价值的工艺：1991年 ,日本九州工业金属研究所开发出泡沫铝工业化生产工艺。1999年 ,第一届世界泡沫金属学会议在德国不来梅顺利召开 ,重点是关于泡沫铝的制造和应用。随后 ,世界泡沫金属学术会每隔两年召开一次 ,泡沫金属已发展成为一门重要的学科和技术领域[1]。目前 ,在泡沫铝研究方面加拿大、美国和日本处于世界领先地位其中日本的研究进展速度最快 ,不仅将泡沫铝投入了生产并进入了实际应用阶段。国内自 80年代中期开始进行泡沫金属材料的研究 ,经过20多年的探索和研究 ,东南大学、东北大学、中国科学院、北京科技大学、昆明理工大学等多家机构都先后做过许多研究。在泡沫金属制备方面 ,国内对发泡法和渗流法研究得较多且基本赶上国外发达国家水平 ,只是对连续生产方法的研究还属空白 ,仍然有待开发 ,从而扩大泡沫金属的实际应用。

由于泡沫铝具有优异的物理性能、化学性能、力学性能与可回收性能等，被认为是一类很有开发前途的工程材料，有着广泛的应用前景，特别在在建筑、交通运输、机械、电子、通讯和军工等行业具有广泛应用前景。

最常用的泡沫铝合金是纯铝、2×××系列合金及6×××合金。铝-硅系铸造合金因其熔点低与良好的成型性能，也可用于制造泡沫材料。目前，世界各国已研制开发出多种制造泡沫铝的方法和加工工艺，生产出了不同的规格品种和用途的泡沫铝材，已取得可喜成果，正在向产业化生产方向发展。

1.2泡沫铝的特性及其应用

1.2.1泡沫铝的主要特性[2]

由于制备工艺的不同,从结构看泡沫铝可分为闭孔结构的泡沫铝和开孔结构的泡沫铝。前者含有大量独立存在的气泡,而后者则是连续贯通的三维孔结构。泡沫铝的性能主要取决于分布在三维骨架间的孔隙特征, 即孔的形态和分布,包括孔的类型、孔的形状、孔的分布、孔的结构。结构不同导致的性能差异,使其具有不同的用途。在冶金、化工、航空航天、船舶、电子、汽车制造和建筑业等领域得到了和将要得到广泛应用。与传统的金属铝相比,泡沫铝具有如下特征：

（1)密度小[3]

泡沫铝是一种轻质功能材料。泡沫铝密度通常为180- 480 kg/ m3,约为铝密度的1/ 10、钛密度的1/ 20、钢密度的1/ 30及木材密度的1/ 3。一般建筑材料采用密度为200- 300 kg/ m3的泡沫铝材, 而用做消声材料时则用密度为320- 420 kg / m3的材料。泡沫铝的密度可在很大范围内变化,目前所能获得的最大孔隙率可达97% ,其尺寸从几个微米到几十个毫米。一般规律是孔隙率越大,泡沫铝的密度越小。

（2)耐热性强

泡沫铝具有较高的耐热性。一般铝合金的熔解温度范围在 560- 700 ℃，但泡沫铝即使加热到1 400℃，也不熔解,而且在高温下不释放有害气体。以此,在许多场合可以取代发泡树脂或石棉类制品用做隔热与耐热材料及各种热交换器的芯件。还可用做航天设备的核心材料、高温填料、电磁屏蔽材料、阻燃器、慢性约束核聚变激光实验中的超热电子抑制材料等。

（3)通透性好[4]

具有良好通透性的贯通孔泡沫铝可作为过滤材料,从液体或气体中将固体颗粒过滤出去。通常,通透性随孔径的增加而增加,但它也受表面粗糙度的影响,而且受闭孔数目的影响较大。可用于各种液体、气体的过滤器和高温除尘器中。（4)刚性强

泡沫铝不具有密实金属那样的延展性, 拉伸试验无法测出拉伸率, 弹性模

量约为铝合金的1/ 50-1/ 100。泡沫铝质脆,与铝合金不同,当发生大的变形时,其蜂窝组织产生破坏, 反之,如果蜂窝组织不达到破坏强度,泡沫铝是不会产生变形的。

（5)比表面积大

利用泡沫铝的大比表面积,可达到高的换热性,由此它可用做制造加热器和

热交换器的良好材料。另外,也可用做需要巨大表面化学反应的载体,如作为催化剂的载体、多孔电极、充电电池的极板材料、换热器、能量吸收器和催化剂的载体等。

（6)隔声性能强

泡沫铝可通过气孔壁的振动来吸收声音的能量, 用来消声、去除噪声。一般情况下,通孔泡沫铝的吸声性能更好。孔的尺寸影响其对整个声波频率范围的吸收性能,孔越小,吸声能力越大。通过改变泡沫铝孔的尺寸和形状可以获得好的吸声性能。可用于建筑行业中的内外装饰件、幕墙、间壁活动门板,制造高性能吸声板、隔声墙、各种消声器等。泡沫铝的隔音性能见表1

表1 泡沫铝的隔音系数[3]

编号各频率下的隔音系数平均隔

音系数125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz

K Qb22 0.95 0.93 0.91 0.92 0.97 0.79 0.91 QW22 0.81 0.79 0.72 0.71 0.93 0.88 0.81 Qb7 0.73 0.79 0.77 0.88 0.97 0.83 0.81

7)具有吸收冲击能量的能力

泡沫铝不像蜂窝材料那样具有方向性, 也不像高分子泡沫材料具有反弹作用, 它有很好的减震（阻尼）性能,是制造抗冲击部件的良好材料。可用于汽车刹车器、夹紧装置以及航空航天设备中的保护封套和缓冲器。其阻尼性的大小与气孔孔径的大小有关。可用于升降机和传送器的安全垫、高磨床防护装置的减震吸能内衬、高精密机床的底座等。而且泡沫铝的减振（阻尼）性能与其气孔孔径的大小有关, 可通过调整材料的孔隙特征对其阻尼性能进行调节

8)良好的吸音性