粉末冶金原理课程设计文献综述泡沫铝的研究进展制备工艺及

《粉末冶金原理》课程设计文献综述泡沫铝的研究进展制备工艺及趋势学生：学号：11 专业：金属材料工程班级：机材A0941 授课教师：宋杰光机械与材料工程学院二O 一一十月文献综述前言随着现代科技和材料科学的发展，新型多孔材料的应用也越来越广泛。泡沫铝是一种在金属铝基体中分布的有无数气泡的多孔质材料，它具有密度小、比表面积大、电磁波吸收性好、能量吸收性好、换热散热能力高、吸声性和隔音性好及优良的流通和过滤分离能力、耐热耐火、无污染、低吸湿性、能回收再利用等【——】优良性能1 3 。在1940s 后期就美国有了对泡沫金属材料的研究，自1987 年日本九州工业技术研究所发明了泡沫铝的生产技术依赖，在世界范围内开始了该领域的研究。目前，日本与德国在研究、生产和应用泡沫铝与其他金属泡沫方面居世界领先地位。我国对泡沫铝的研究始于1980’s 后期，已取得一系列研究成果，但无突破性进展，未形成生产力【4】。泡沫金属材料的制备大体可分为粉末冶金法、渗流铸造法、喷射沉积法、熔体发泡法和共晶定向凝固法等5。目前研究的重点仍集中在制备过程的控制，研究的热点是如何获得稳定高质量的泡沫结构和简化生产过程、降低生产成本；应用的领域从高科技到民用工业，十分广泛【6】。正文一泡沫铝的性能及应用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。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【7】。与传统金属铝相比，泡沫铝有如下优越性：1 、密度小泡沫铝是一种轻质功能材料。泡沫铝密度通常为1 8 0—4 8 0 k g／r n 3 、约为铝密度的l／l 0 、钛密度的1／2 0 、钢密度的1／3 0 及木材密度的l／3 。一般建筑材料采用密度为2 0 0 —3 0 0 k g ／m的泡沫铝材，而用做消声材料时则用密度为3 2 0—4 2 0 k g／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9 7 ％，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5 6 0—7 0 0℃，但泡沫铝即使加热到1 4 0 0℃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8 。3、通透性好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，拉仲试验无法测出拉伸率，弹性模量约为铝合金的l／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9 。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【10】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。8、良好的吸音性泡沫铝具有独特的孔隙结构必然产生优良的吸声性能，尤其在中、低频率时。这是由于泡沫铝的孔隙的惯通性、体积膨胀性及孔壁的良好导热性，必将补偿由于声波频率降低、振动衰减及孔壁摩擦阻力减小所引起的不良吸声性，可使泡沫铝在中、低频率下取得优良的吸声效果，尤其在低于l000 Hz 左右的频率范围。随着孔径的减小、孔隙率的增大，吸声性能有规律的提高【11、。】【12、13】9、其他性能泡沫铝还具有气敏性、催化性、良好的保温性，同时还具有电磁屏蔽性能，对高频电磁波有良好的屏蔽作用，能够使电磁干扰降低80％以上。5 mm 厚、孔隙率为90％的闭孔泡沫铝，在60—1000 MHz。电磁屏蔽性能为35-75 db，可用于电磁屏蔽室罩、电子仪器外壳、无线电录音室、电磁屏蔽等场合。由于泡沫铝具有如此众多的特性，预计其在航空航天、电讯及环境保护等新领域中必将有很好的应用前景。二、泡沫金属的制造方法1 烧结法该方法是以金属粒子或纤维作为原料，经过成形和烧结过程制造多孔质泡沫金属的方法。（1）粒子烧结法把适当尺寸的金属粒子进行成形和烧结的方法称为粒子烧结法。这种方法因制作简便，原料价格便宜，故广为采用。制造这类泡沫金属，主要使用黄铜粉或铁粉，其泡沫体的最大空隙率为50左右，常作为过滤或吸声材料使用，浸油处理后可作为含油轴承材料。（2）纤维烧结法以纤维为原料制作的泡沫金属，过去称为毡状金属，其制造方法与粒子烧结法大体相同。其原料可根据用途的要求，选择长纤维或短纤维。以短纤维为原料时，采用金属型成形；以长纤维为原料时，利用特种编织机制成无纺布状，再通过烧结而成为泡沫金属。在该方法中，作为原材料的纤维初期曾尝试采用金属切屑，其后则采用捆拉法制得的不锈钢细长纤维，最近又开发了高频振动切削短纤维。

2 电镀法该方法是在具有三维网状结构的特殊高分子材料的骨架上，电镀各种金属，再经焙烧除去内部的高分子材料，而制得泡沫金属。这种泡沫金属被称为海绵金属，其空隙率可达到。该方法是制造大空隙率泡沫金属的最为简单的方法。用这种方法制得的泡沫金属富有可挠性，可进行弯曲、切断和深冲等加工。其中，镍和镍合金系的泡沫金属，已在许多方面得到应用。为提高其强度和耐磨性，向这类泡沫金属中压铸铝液的工作也在进行之中。

3 加压铸造法先在型内填充粒子，再采用加压铸造法把液态金属压入粒子的间隙中而制造泡沫金属的方法称为加压铸造法。其中包括：（）溶出法用水溶性粒子作为填充粒子，当加压注入到水溶性粒子间的液态金属凝固后，再用水把水溶性粒子溶出，便可得到金属泡沫体，这种方法称为溶出法。水溶性粒子，大都为氯化钠，而液态金属，则大都为铝及其合金。一般，这种泡沫金属的空隙率最高为65左右。水溶性粒子被封存在内部时，即使进行切