专利名称：开孔Al-Cu吸声材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及吸声材料及其制造方法，更具体地说，涉及一种开孔Al-Cu吸声材料 及其制备方法。
背景技术：
节能、环保是我国的基本国策，各级政府都非常重视噪声污染问题。实际应用中最 有效的噪声治理则是通过采用吸声材料来达到降噪的效果，也就是说吸声材料是一个不可 缺少的重要的技术环节。 目前的吸声材料中，金属多孔吸声材料具有吸声性能好、高强度、耐高温和耐水性 好等优点。特别适用于室外高架轻轨道路屏障、冷却塔、热泵机组、机组隔声罩等吸声降噪 以及室内游泳池、体育馆等吸声装饰，是近几年研究的热点。其吸声机理是多孔材料内部具 有无数细微孔隙，空隙间彼此贯通，且通过表面与外界相通，当声波入射到材料表面时，一 部分在材料表面反射掉，另一部分则透入到材料内部向前传播。在传播的过程中，引起孔隙 的空气运动，与形成孔壁的固体筋络发生摩擦，由于粘滞性和热传导效应，将声能转变为热 能而消耗掉；其次，小孔中的空气和孔壁与纤维之间的热交换引起的热损失也使声能衰减； 声波在刚性孔壁面反射后，经过材料回到其表面时， 一部分声波透射到空气中， 一部分又反 射回材料内部，声波通过这种反复传播，使得能量不断转换耗散，如此反复，直到平衡，由此 使材料"吸收"了部分声能。 如今，比较典型的金属多孔吸声材料是铝基吸声材料。在2003年04期《化学工程 师》中"泡沫金属吸声材料制备及吸声性能的研究" 一文报道，该文作者王滨生介绍了以聚 氨酯泡沫塑料为基材，利用电化学理论和方法，通过化学镀和电镀制备泡沫铝吸声材料的 方法；此外，在2003年2月发表在《世界科技研究与发展_技术物理科学》中的"制备泡沫 铝的一种新方法_烧结溶解法" 一文，专题报道了赵玉园简要介绍的烧结溶解法的原理与 工艺，以及所制泡沫铝的组织特征与机械性能，并讨论与其它各类现有方法相比所具有的 优势与局限；另外，2006年05期《粉末冶金技术》中"粉末烧结法制备开孔泡沫铝压縮性能 的研究" 一文报道，作者姜斌通过添加不同形态的尿素和氯化钠颗粒作为造孔剂，并采用粉 末烧结工艺制备开孔泡沫铝。相对来说，国外有了比较成熟的经验，已大规模投入生产。据 《粉末冶金法制备泡沫铝材研究进展》 一文报道，美国的ERG公司采用直接发泡法制造的泡 沫铝已经在航天飞机上获得了应用，日本神户钢铁公司则采用渗流制造法制造的泡沫铝在 高速列车上获得了应用。但是铝基吸声材料吸声系数，仍然不能满足现代的要求。铝基吸 声材料制备方法有很多种，工业上有直接发泡法、渗流铸造法、气泡法、烧结法、电镀法和粉 末冶金法，其中常采用的粉末烧结法，其技术难点是工艺复杂、烧结温度高，并且成本贵。
发明内容
本发明公开一种开孔A1-Cu吸声材料及其燃烧反应合成的制备方法，进一步改进 现有铝基吸声材料的吸声性能和解决现有制备工艺存在的问题。
为了解决上述技术问题，本发明在现有的A1基吸声材料成分基础上，添加了 Cu粉
及不同造孔剂NaCl或无水K2C03，采用燃烧反应合成法工艺制备了 Al-Cu吸声材料，Al-Cu
吸声材料内部包含许多细小孔，且小孔之间相互联结贯通，孔隙率约为62. 5% ;开孔Al-Cu
吸声材料具无Al 、Cu单质残留，完全形成Al-Cu金属间化合物，吸声系数最高可达到0. 735 。 本发明的开孔A1-Cu吸声材料的制备采用燃烧反应合成法工艺 原料Al粉和Cu粉的纯度为99. 9 % ，都是200目； 造孔剂NaCl和无水K2C03均为分析纯，颗粒平均尺寸为10 ii m ;称量粉末Cu : Al " 1. 57 : 1， NaCl/无水K2C03的体积含量约为62. 5%，再将
粉末混合均匀； 采用粉末冶金模压成形法在950MPa压力下压制得到直径29mm、厚20mm的圆柱状 压坯试样； 将试样放入不锈钢容器中，容器壁厚度约lmm，用铸造砂填满空隙部分，充分压紧 压实砂子； 将装好试样的不锈钢容器放到高频电磁感应线圈内加热烧结，加热速度约为 100 120°C /min，当温度达到960。C后停止加热；
试样冷却后超声清洗lh，功率1. 6KW ;
取出试样，将试样烘干；
检测试样的吸声性能。 本发明的技术优势在于A1-Cu吸声材料具有良好吸声性能，吸声系数最高可达 到0. 735 ;燃烧反应合成法具有工艺简单、反应过程时间短、烧结温度可控制、成本低廉、生 产效率高、污染少、节约能源等特点。
具体实施方式
实施例1 原料Al粉和Cu粉的纯度为99. 9 % ，都是200目； 造孔剂NaCl和无水K2C03均为分析纯，颗粒平均尺寸为10 ii m ; 按A1 :24. 175g，Cu :38. 035g(Cu : Al " 1. 57 : 1) ，NaCl :10. 72g配比称量粉末，
再将粉末混合均匀； 采用粉末冶金模压成形法在950MPa压力下压制得到直径29mm、厚20mm的圆柱状 压坯试样； 将试样放入不锈钢容器中，容器壁厚度约lmm，用铸造砂填满空隙部分，充分压紧 压实砂子； 将装好试样的不锈钢容器放到高频电磁感应线圈内加热烧结，加热速度约为 IO(TC /min，当温度达到96(TC后停止加热；
试样冷却后超声清洗lh，功率1. 6KW ;
取出试样，将试样烘干； XRD表征样品中没有Al、Cu单质残留，完全形成了 Al-Cu金属间化合物，且超声清 洗后NaCl充分溶解； 检测试样的吸声性能在6300HZ频率上吸声系数达到0. 655。
实施例2 原料Al粉和Cu粉的纯度为99. 9 % ，都是200目； 造孔剂NaCl和无水K2C03均为分析纯，颗粒平均尺寸为10 ii m ; 按Al :19. 34g， Cu :30. 428g(Cu : Al " 1. 57 : 1) ， K2C03 :16. 042g配比称量粉
末，再将粉末混合均匀； 采用粉末冶金模压成形法在950MPa压力下压制得到直径29mm、厚20mm的圆柱状 压坯试样； 将试样放入不锈钢容器中，容器壁厚度约lmm，用铸造砂填满空隙部分，充分压紧 压实砂子； 将装好试样的不锈钢容器放到高频电磁感应线圈内加热烧结，加热速度约为 ll(TC /min，当温度达到96(TC后停止加热；
试样冷却后超声清洗lh，功率1. 6KW ;
取出试样，将试样烘干； XRD表征样品中没有Al、Cu单质残留，完全形成了 Al-Cu金属间化合物，且超声清 洗后K2C03充分溶解； 检测试样的吸声性能在6300HZ频率上吸声系数达到0. 693。
实施例3 原料Al粉和Cu粉的纯度为99. 9 % ，都是200目； 造孔剂NaCl和无水K2C03均为分析纯，颗粒平均尺寸为10 ii m ; 按Al :14. 805g， Cu :22. 821g(Cu : Al 1. 54 : 1) ， K2C03 :20. 053g配比称量粉
末，再将粉末混合均匀； 采用粉末冶金模压成形法在950MPa压力下压制得到直径29mm、厚20mm的圆柱状 压坯试样； 将试样放入不锈钢容器中，容器壁厚度约lmm，用铸造砂填满空隙部分，充分压紧 压实砂子； 将装好试样的不锈钢容器放到高频电磁感应线圈内加热烧结，加热速度约为 120°C /min，当温度达到960。C后停止加热；
试样冷却后超声清洗lh，功率1. 6KW ;
取出试样，将试样烘干； XRD表征样品中没有Al、Cu单质残留，完全形成了 Al-Cu金属间化合物，且超声清 洗后K2C03充分溶解； 检测试样的吸声性能在6300HZ频率上吸声系数达到0. 735。 上述各个实施例中的材料内部均包含许多细小孔，且相互联结贯通，孔隙率约为
62. 5%。
权利要求
一种开孔Al-Cu吸声材料，其特征在于所述开孔Al-Cu吸声材料的成分是Al-Cu金属间化合物，材料内部包含许多细小孔，且相互联结贯通，孔隙率约为62.5％，吸声系数最高可达到0.735。
2. —种开孔Al-Cu吸声材料制备方法，其特征在于所述开孔Al-Cu吸声材料是在Al 基吸声材料成分基础上，添加了 Cu粉及不同造孔剂NaCl或无水K2C03，；采用燃烧反应合 成法工艺。
3. 按照权利要求2所述一种开孔Al-Cu吸声材料制备方法，其特征在于吸声材料配料如下① 原料Al粉和Cu粉的纯度为99. 9%，都是200目，Cu : Al " 1. 57 : 1 ;② 造孔剂NaCl和无水K2C0 3均为分析纯，颗粒平均尺寸为10iim，体积含量约为 62.5% ;再将粉末混合均匀。燃烧反应合成法具体工艺步骤如下① 采用粉末冶金模压成形法在950MPa压力下压制得到直径29mm、厚20mm的圆柱状压 坯试样；② 将试样放入不锈钢容器中，容器壁厚度约lmm，用铸造砂填满空隙部分，充分压紧压 实砂子；③ 将装好试样的不锈钢容器放到高频电磁感应线圈内加热烧结，加热速度约为100 120°C /min，当温度达到960。C后停止加热；④ 试样冷却后超声清洗lh，功率1. 6KW ;⑤ 取出试样，将试样烘干；⑥ 检测试样的吸声性能。
4. 按照权利要求3所述一种开孔Al-Cu吸声材料制备方法，其特征在于所述吸声材 料按Al :24. 175g， Cu :38. 035g， NaCl :10. 72g配比称量粉末；加热速度约为IO(TC /min，当 温度达到96(TC后停止加热。
5. 按照权利要求3所述一种开孔Al-Cu吸声材料制备方法，其特征在于所述吸声材 料按A1 :19. 34g，Cu :30. 428g，K2C03，16. 042g配比称量粉末；加热速度约为IO(TC /min，当 温度达到96(TC后停止加热。
6. 按照权利要求3所述一种开孔Al-Cu吸声材料制备方法，其特征在于所述吸声材 料按Al :14. 805g， Cu :22. 821g， K2C03 :20. 053g配比称量粉末；加热速度约为120°C /min， 当温度达到96(TC后停止加热。
全文摘要
本发明公开一种开孔Al-Cu吸声材料及其燃烧反应合成的制备方法，改进了现有材料及制备方法存在的问题。开孔Al-Cu吸声材料的成分是Al-Cu金属间化合物，材料内部小孔相互联结贯通，孔隙率约为62.5％，吸声系数最高可达到0.735。制备采用燃烧反应合成法工艺粉末原料Al粉和Cu粉、造孔剂NaCl和无水K2CO3混合均匀；采用粉末冶金模压制得圆柱状试样；将装好试样和铸造砂的不锈钢容器放到高频电磁感应线圈内加热烧结；试样冷却后超声清洗、烘干；检测试样的吸声性能。本发明具有如下优点Al-Cu吸声材料具有良好吸声性能；燃烧反应合成法工艺简单、反应过程时间短、烧结温度可控制、成本低、效率高、节能环保。
文档编号G10K11/162GK101740020SQ20091022025
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月30日 优先权日2009年11月30日
发明者于驰, 付传起, 室谷贵之, 李斌, 王宙, 赵明华 申请人:大连大学