具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫的制作方法

本实用新型涉及材料工程领域，尤其涉及具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫。

背景技术：

开孔金属泡沫是在其结构中具有丰富的孔的金属，其中将孔故意地整合在结构中。金属泡沫内的大部分孔排列是非常规则有序的。根据制造工艺的限制，存在孔尺寸和孔隙率的有限范围。开孔金属泡沫的性质取决于金属类型、孔尺寸、孔形状、孔壁厚度和孔隙率。因此，制备具有所述基本结构的金属泡沫以获得具有确定性质的金属泡沫。然而，由于基本结构仅能在单独的制造工艺的有限窗口内制备，已经尝试制备不同于基础结构的新结构，例如将一些物体加入到孔中。

下面给出了其中它们的孔填充有物体以改进它们的性质的开孔泡沫的制造方法的专利申请；

美国专利第3,471,419号公开了一种聚合物泡沫的制造方法，通过将聚合物泡沫浸泡在可固化且低粘度的液体如熔融蜡、橡胶、热塑性材料、有机化合物和无机化合物中来用固态物体填充其孔。该发明提供了保持其外部结构的聚合物泡沫，但是由于存在固态物体其是非柔性的。根据该制造方法制备的泡沫可用作玩具和模型套件。然而，在需要泡沫的原始性质例如高表面积、高孔隙率和良好的吸声性的其他工业中存在一些应用限制。在该发明的孔中填充物体的方法不能用于金属泡沫。另外，填充物体将填充孔的开孔，导致了开孔结构形式的泡沫的性质的丧失。

美国专利第4,830,883号公开了一种利用聚酰亚胺泡沫增强蜂窝单元网络泡沫材料的方法，所述聚酰亚胺泡沫利用包含产生多异氰酸酯和二酐反应的化合物的前体来填充，所述反应生成聚酰亚胺泡沫作为产物。

通过将粉末形式的前体填充到蜂窝的开孔结构中并加入催化剂以促进在低于66摄氏度(℃)的温度下的前体反应来产生具有用聚酰亚胺泡沫填充的孔的蜂窝单元网络泡沫。结果，将聚酰亚胺完全填充到蜂窝单元中。该发明可用于由纸、塑料、玻璃纤维或金属制成的蜂窝泡沫。发现蜂窝单元中聚酰亚胺的存在可以增强强度。尽管该发明可以用于金属泡沫，但严格地其仅可以用于具有单层开孔结构的蜂窝单元网络泡沫。它不能用于具有重叠孔结构的一般开孔泡沫。更重要的是，该发明仅有助于增强泡孔结构，并且填充物体仅可以是聚合物泡沫。此外，填充物体是不可移动的，并且封闭了开放的泡孔。结果，开孔泡沫的性质丧失，导致泡沫的吸声性质降低。

美国专利申请第2012/0142794a1号公开了用聚合物填充开孔泡沫以提高泡沫的机械性能的方法。首先干燥泡沫，然后用单体浸透开孔泡沫，其中泡沫与单体的比率在90:10-10:90的范围内。随后，通过活化剂驱动聚合，其中泡沫浸透能够通过在减压下浸渍、喷涂或刷涂泡沫来完成。聚合温度在85-200摄氏度(℃)的范围内。泡沫可以是金属、塑料或天然产品，例如木材。该发明将聚合物完全填充到孔中，因此，泡沫具有较高的机械性能。然而，填充在孔中的物体仅可以是聚合物并且在孔中是不可移动的，导致失去开孔泡沫的性质。

从上述所有发明来看，这些发明不能同时制造泡沫和在开孔泡沫中填充物体。另外，填充物体不能是金属或陶瓷，填充物体附着在泡沫的开孔壁并堵塞泡沫的开孔。结果，根据这些现有技术由提及的物体填充的泡沫变成具有非泡沫结构或没有开孔结构的材料，导致有用的性能如吸声或孔填充传感器的能力的丧失。

由于上述发明的限制，有必要改进具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫的制造方法，该方法能够同时制造泡沫并将物体填充到孔中，其中填充的物体可以是金属、陶瓷或传感器，以及不附着到开孔壁和阻塞开孔的物体。结果，在填充物体之后，开孔泡沫保持其开孔泡沫性质。

实用新型概述

具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫，其包含：开孔金属泡沫(103)；置于开孔金属泡沫(103)的孔内的多个物体(101)，其特征在于，所述物体(101)不附着到开孔壁并且小于孔尺寸，以使所述物体(101)和所述孔之间存在空间(107)，其中具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫(200)保持开孔金属泡沫结构。

在一个示例性的实施方案中，所述物体(101)中的每个选自金属、陶瓷、传感器或可释放材料。

在一个示例性的实施方案中，所述物体(101)是实心结构或空心结构或泡沫的形式。

在一个示例性的实施方案中，所述物体(101)是棒状、球状或圆柱状的形式。

在一个示例性的实施方案中，所述物体(101)是球状的形式。

在一个示例性的实施方案中，所述物体(101)具有相同的尺寸或不同的尺寸。

在一个示例性的实施方案中，所述物体(101)的熔点高于300摄氏度(℃)。

根据本实用新型的具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫的目的和特征包括：用不复杂的制造方法以及低生产成本制备泡沫和将物体填充在孔中是适宜的。此外，根据本实用新型的另一特征是，填充的物体可以是金属、或陶瓷、或可释放材料、或传感器。填充在孔内的可释放物体具有对一些试剂释放控制的益处。放置在孔内的传感器有利于测量在给定频率吸收期间发生的变化频率，以便分析设备效率或测量其它相关的参数。并且，根据本实用新型的的其它特征是当将物体填充到孔中时，泡沫的泡孔仍然是开放的。

附图简述

图1示出了具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫的制造方法的一个实例。

图2示出了填充有球形物体(101)的模板(100)的方面的一个实例。

图3示出了通过涂覆粉末形式的外层(102)封闭物体(101)的方法的一个实例。

图4示出了钢球和陶瓷泡沫在用面团形式的外层(102)封闭之前和之后的一个实例。

图5示出了钢球和陶瓷泡沫在用粉末形式的外层(102)封闭之前和之后的一个实例。

图6示出了具有用物体填充的孔的金属泡沫的开孔之间的连接孔的尺寸的一个实例，该金属泡沫通过不同尺寸的球形模板和不同的制造条件来制造。

图7示出了具有各种类型的物体填充的孔的开孔金属泡沫的一个实例。

图8示出了具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫的气流阻力测量结果的一个实例。

图9示出了具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫的吸声测量结果的一个实例。

实用新型详述

通过提供实施例并参考附图对本实用新型进行描述，以更清楚地阐述本实用新型。本实用新型的相同部件用相同的附图标记表示。然而，没有任何限制，并且本实用新型的范围与所附的权利要求一致。

具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫(200)，包括：开孔金属泡沫(103)；置于开孔金属泡沫(103)的孔内的物体(101)，其特征在于，所述物体(101)不附着到开孔壁并且小于孔尺寸，以使所述物体(101)和所述孔之间存在空间(107)，其中具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫(200)保持开孔金属泡沫结构。

图1所示的具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫(200)的制造方法包括：

-将模板(100)置于模具(105)中，其中所述模板(100)包括物体(101)和封闭所述物体(101)的外层(102)；

-将液态金属倒入模具(105)中并静置，直至液态金属固化并变成固态金属(104)；

-通过将所述固态金属(104)浸泡在液体(106)中直至完全浸出所述外层，从所述固态金属(104)浸出所述外层(102)，结果，产生了具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫(200)，

其中所述液体(106)选自水和/或有机溶剂或它们的组合。

根据本实用新型的用于具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫(200)的模板，包括：

-物体(101)；

-封闭所述物体(101)的外层(102)，其中所述外层(102)选自a)面团，其包含8.3至12.5％w/w的淀粉、16.7至25.0％w/w的水、62.5至75.0％w/w的第一类型盐、0.4至50.0％w/w的用过的石膏或60.0％w/w的第二类型盐，或b)涂覆粉末，其能够选自氯化物盐、溴化物盐、碘化物盐、硝酸盐、硫酸盐、乙酸盐、碳酸盐或它们的组合。

根据图2，模板(100)的一个方面的实例，模板(100)的形态是球形的。

制造用于具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫(200)的模板的方法，包括：

-用外层(102)封闭物体(101)以获得确定的尺寸，得到模板(100)，其中外层(102)能够选自面团或涂覆粉末，并且物体(101)封闭过程能够由机器或人执行；

-在至少300摄氏度(℃)，但不超过模板(100)的熔点的温度下加热所述模板(100)，其中优选的时间为1至2小时。

通过面团外层(102)封闭物体(101)的方法，包括：

-将物体(101)置于面团板上；

-在物体(101)的表面周围模制面团，其中，模板尺寸由物体(101)的尺寸和所使用的面团的量确定。

图3所示的用涂覆粉末外层(102)封闭物体(101)的方法，包括：

-使用粘合剂涂覆物体(101)，所述粘合剂选自天然粘合剂，包括动物脂肪胶、酪蛋白胶、植物胶、天然橡胶胶、硅酸钠，或合成粘合剂，包括环氧胶、酚醛胶、有机硅胶、间苯二酚树脂胶、合成橡胶胶、脲胶、聚酯树脂胶、碱性树脂、乙烯基树脂、纤维素衍生物、丙烯酸类或它们的组合；

-将涂覆粉末涂覆到物体(101)的表面上，得到模板(100)，其中将涂覆粉末涂覆到物体(101)上优选结合在具有涂覆粉末的表面上滚动物体(101)；

-用含有饱和的涂覆粉末的溶液涂覆模板(100)，其中将涂覆粉末涂覆到模板(100)上优选结合在具有涂覆粉末的表面上滚动模板(100)；

-用涂覆粉末的饱和溶液将涂覆粉末涂覆在模板(100)上，其中将涂覆粉末涂覆到模板(100)上优选结合在具有涂覆粉末的表面上滚动模板(100)；

重复进行用涂覆粉末的饱和溶液涂覆模板(100)的步骤和将涂覆粉末涂覆在模板(100)上的步骤，直至获得模板(100)的确定尺寸，

其中，所述物体(101)选自包括金属、陶瓷、传感器、可释放材料或它们的组合的组。物体(101)具有以下特性：

-为实心结构或空心结构或泡沫的形式；

-为棒状、球状或圆柱状的形式，其中优选为球状；

-具有比孔尺寸小的尺寸；

-具有相同的尺寸或不同的尺寸；

-不溶于与溶解外层(102)的液体类型相同的液体类型；

-耐受至少300摄氏度(℃)的温度，或所述物体(101)的熔点高于300摄氏度(℃)，或传感器保持其监测特性，或在加热所述模板(100)的过程中物体(101)被加热的情况下可释放材料保持其释放特性，

其中，作为面团的组合的淀粉选自玉米淀粉、米粉、黑麦粉、绿豆淀粉、蛋糕粉、木薯淀粉、糯米粉、万能粉、面包粉、全麦粉或它们的组合，

其中，面团组合中的第一类型盐和第二类型盐选自氯化物盐、溴化物盐、碘化物盐、硝酸盐、硫酸盐、乙酸盐、碳酸盐或它们的组合。第一类型盐和第二类型盐可选自相同或不同的盐类型。

以下实施例将有助于清楚地解释本实用新型。

实施例1公开了通过使用面团模板直接封闭物体的填充物体的模板制造方法的结果。

根据该实施例的方法包括：提供模板，例如在泰国专利申请第1401005691号中公开的模板，使用1/4英寸直径的钢球和5毫米直径的立方体形陶瓷泡沫作为填充在模板中的物体。封闭物体的过程由人执行，过程为：放置物体与足够量的模板面团；用面团封闭所述物体；模制为8毫米的球形。然后，在600摄氏度(℃)下加热将模板和物体一起加热1小时。因此，存在根据图4的钢球和陶瓷泡沫填充的模板，其经制备以用作模板以制造具有用钢和陶瓷泡沫填充的孔的开孔金属泡沫。

实施例2显示了通过使用涂覆粉末封闭物体制造填充物体的模板的方法的结果。

根据该实施例的工序包括：通过使用3/16英寸直径钢球作为模板中填充的物体，在物体表面涂覆3m喷雾粘合剂；在玻璃容器内容纳的钢球上喷洒直径小于0.5毫米的氯化钠盐；滚动钢球，使氯化钠颗粒覆盖整个钢球表面；用氯化钠盐饱和溶液涂覆；将钢球在氯化钠上滚动，产生1毫米涂覆层；以及在600摄氏度(℃)下加热所述钢球1小时。因此，存在图5所示的填充钢球的模板，其可用于制造具有用钢球填充的孔的开孔金属泡沫。

实施例3显示了具有用物体填充的孔的金属泡沫的开孔之间的连接孔的尺寸的测量结果。

本实施例是使用直径为4.1、5.0和6.3毫米的球形模板制造具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫的制造方法的测试。该方法包括：使用ac2a铝合金，其浇铸温度为620摄氏度(℃)，模板的加热温度为600摄氏度(℃)，和真空压力(pvac)为-20kpa(千帕斯卡)。结果发现，如图6所示，当增大模板尺寸时，连接具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫的每个内部结构的开孔扩大了它们的尺寸。对于通过具有6.30毫米平均直径的所述模板制造的铝泡沫，开孔的平均最大尺寸为1.14毫米。

实施例4显示了具有用各种类型的物体填充的孔的开孔金属泡沫的制造方法的结果。

通过使用实施例1中所示的根据本实用新型的模板制造方法，由含有如钢球、铝珠、陶瓷泡沫和固体陶瓷的各种类型的材料的模板制造了具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫。因此，通过使用浇注温度800摄氏度(℃)的ac2a铝合金、模板的加热温度为600摄氏度(℃)和真空压力(pvac)为-0.7kpa(千帕斯卡)产生了具有用各种类型的物体填充的孔的开孔金属泡沫。结果，存在图7中所示的具有用钢球、铝珠、陶瓷泡沫和固体陶瓷填充的孔的开孔金属泡沫。

实施例5显示了在具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫内部的气流阻力测量结果，以呈现孔中具有物体的益处

通过使用具有8毫米直径的球形模板制造具有28.5毫米直径和38.1毫米高度的圆柱形状的具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫的方法。模板包括：其中没有物体的模板；和用直径为3/16英寸和1/4英寸的钢球填充的模板。根据实施例4中所示的金属泡沫制造方法条件，产生了具有含有和不含钢球的孔的开孔金属泡沫。随后，在测量各种类型的金属泡沫的气流阻力之后，发现具有用钢球填充的孔的开孔金属泡沫比具有未用钢球填充的孔的开孔金属泡沫具有更高的气流阻力。此外，如图8所示，具有用大尺寸钢球填充的孔的开孔金属泡沫比具有用小尺寸钢球填充的孔的开孔金属泡沫具有更高的气流阻力。更重要的是，根据本实用新型的具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫，其是先前不存在的，有利于应用于需要高气流阻力的应用。

实施例6显示了具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫的吸声测量结果，以呈现孔中具有物体的益处。

使用实施例5中所示的8毫米直径的球形模板和金属泡沫制造方法条件制造了具有28.5毫米直径×38.1毫米高度和99.5毫米直径×38.1毫米高度的圆柱形金属泡沫。随后，测试了具有用小尺寸钢球填充的孔的开孔金属泡沫在100-6,300赫兹(hz)的频率范围的吸声，与使用具有28.5毫米直径×38.1毫米高度的圆柱形金属泡沫以吸收500-6,300赫兹(hz)范围内的声音，和使用具有99.5毫米直径×38.1毫米高度的圆柱形金属泡沫以吸收100-1,000赫兹(hz)范围内的声音的具有未用钢球填充的孔的开孔金属泡沫相比。在两种尺寸的金属泡沫的吸声测试中，取重叠频率范围的测试结果的平均值。根据如图9所示的吸声测试结果，发现具有用物体(钢球)填充的孔的开孔金属泡沫比具有未用物体填充的孔的开孔金属泡沫具有更高的吸声性能。此外，具有用大尺寸钢球填充的孔的开孔金属泡沫比具有用小尺寸钢球填充的孔的开孔金属泡沫具有更高的吸声性能。已显示，根据本实用新型的具有用物体填充的孔的开孔金属泡沫(先前不存在)有益于吸声应用。尽管已经使用附图作为实例充分描述了本实用新型。本领域或相关领域的技术人员可以清楚地理解和实施根据本实用新型的任何修改，这仍然在本实用新型的范围和目的之内。这可以由所附权利要求书中描述的本实用新型的范围和意图来限定。而且，范围已经覆盖了未在具体权利要求中指定的本实用新型的特征，但是其是有用的并且产生与在权利要求中指定的本实用新型的特征相同的结果。

本实用新型的最佳方法如本实用新型的详细描述中所述。