专利名称：高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种泡沫金属的制备方法。该泡沫金属基体为铝或铝合金，孔结 构为三维网状通孔结构，孔径为0.5~5.0mm、孔隙率为80 98%。
背景技术：
泡沫铝是近年来发展较快的一种新型多功能材料。由于极高的孔隙率和金属 特质，使之具有优良的吸波、减震、过滤、换热、缓冲等性能，在环保、能源、 机械、化工、交通、航空航天等领域具有广泛的应用前景，因而受到学术界和工 业界的普遍关注。其典型应用如高速列车、汽车等交通工具的吸音降噪结构，城 市高架公路的吸音屏障，体育馆、音乐厅等大型公共场所内的声环境处理，固态 光源高效散热组件，空天飞行器防撞击护板等。制备通孔结构泡沫铝的工艺主要有渗流法、粉末冶金烧结法、金属沉积法和 溅射沉积法。但这些技术制备的泡沫铝孔结构参数可调范围非常有限，不能满足 多样化的应用要求。因此，开发新的制备技术，对提高泡沫铝的性能水平、扩大 应用范围是非常重要的。渗流工艺的基本过程如下首先将选定粒径的易溶颗粒材料(通常为NaCl)在模具内压实，预热，形 成多孔预制块。将金属液浇注到装有多孔预制块的模具内，然后通过压力将金属 液渗入到多孔预制块的孔隙中，待金属液凝固后将颗粒材料溶去即得到通孔结构的泡沫金属。对于易溶颗粒材料的选择应满足下列要求(l)颗粒材料必须具有一定的耐高温性能，以保证在预热、高温金属液渗流过程中不软化变形，更不能熔化；(2)当充型并凝固后，颗粒应易溶于水或易用其它方式去除掉，以获得孔 洞连通的网络结构；(3)颗粒应具有一定的常温和高温强度，以保证在预制块压 制及加压渗流时不破碎；(4)颗粒材料还应对环境无污染、来源广泛和便于成型 等特点。颗粒渗流法的优点是孔结构(孔隙率、孔径、孔分布等)易于控制，可保证 有较高的通孔率，缺点是孔隙率一般小于75%,孔径一般大于l.Omm，使泡沬 铝的功能性及应用范围均受到很大限制。此外，该工艺还常常引起易溶颗粒材料(NaCl)残留，使金属基体产生严重腐蚀。
粉末冶金烧结法包括颗粒烧结法及骨架烧结法。该两种方法的基本过程分别
为
颗粒烧结法
首先将金属粉末(纯铝或铝合金)与造孔颗粒材料(通常为尿素或NaCl) 进行混合，然后在模具内将混合料压实，压实后将湿坯置于气氛保护炉内进行高 瘟烧结，最后将烧结坯进行冲洗去除造孔颗粒即得到通孔泡沫金属。
颗粒烧结法较适合制备孔隙率较低(一般小于80%)、孔径变化范围广结构 较复杂、几何尺寸较小的部件。该方法的主要缺点是烧结时间较长，材料力学性 能较低。
骨架烧结法
先将金属粉末制成悬浮浆料，再将该浆料注入聚合物泡沫材料的孔隙之中， 然后挤压使多余的浆料流出，如此重复多次直至达到所要求的孔结构参数。最后 将所得坯料放入炉中进行烧结便得到具有与聚合物泡沫结构基本相同的泡沫金属。
该方法的优点是泡沫金属孔分布均匀、结构易控、适应性广，缺点是过程较 长、成本较高、孔参数精度较低。
金属沉积法包括电解沉积和溅射沉积。其基本原理是以聚氨基甲酸乙酯发泡 材料为骨架，通过电解沉积和溅射沉积使聚合物泡沫材料孔壁表面包裹一层金属 材料，然后通过高温加热除去聚合物骨架，便得到泡沫金属。
该方法的特点是所得泡沫金属与聚合物泡沫具有几乎完全一样的孔结构，缺 点是工艺成本较高，只能制备较小和较薄的部件。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种操作简单、成本相对低廉、孔径及尺寸分布均 匀的高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法，该方法制备的泡沫金属孔隙率最高可达
98%，孔分布均匀，过程易于控制，在国内还没有成熟的技术。
本发明的技术方案如下
高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法，其特征在于选用具有三维贯通孔隙的 泡沫材料作母体材料，然后用溶于水或其它溶剂的粉体浆料填充到母体材料的孔 隙中，经干燥和固化使浆料硬化形成预制型，再经焙烧使母体材料气化分解，得到多孔骨架；然后将多孔骨架置于模具中，浇入金属液，使金属液渗入多孔骨架 的孔隙中，冷却后溶去多孔骨架，即获得三维网状结构的泡沫金属。所述的高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法，其特征在于所述的母体材料为 聚酯泡沫材料，所述的粉体为石膏粉及其它辅助材料，粉体浆料为石膏粉体浆 料；浇金属液进入预制型中后，对金属液施加一定的压力或通过真空吸铸，使金 属液渗入多孔骨架的孔隙中，冷却后用水溶去多孔骨架中的石膏等材料，以获 得三维网状结构的泡沫金属。所述的高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法，其特征在于:所述的石膏浆料中， 石膏粉及其它辅助材料组分的重量配比为-石膏35~75%自来水 10~30%工业用盐5~40%氧化钙 0.5~5.0%所述的高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法，其特征在于所述干燥是将预制型在55'C下烘干24小时，然后在8(TC下烘干6小时；然后依次在120°C， 310 °C， 55(TC下各保温3小时，采用慢速、阶梯升温。所述的高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法，其特征在于所述的金属液为铝 液或铝合金液。所述的高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法，其特征在于所述的多孔骨架在浇入金属液前先预热至600~700°C;所述的金属液为铝液，铝液的浇注温度为 650~750°C，对金属液施加的压力为0.5 4.0个大气压，同时模具底部应有若干 排气孔使多孔骨架内气体外逸。为使石膏骨架固化后易溶于水,必须向石膏粉末中加入可溶性的添加剂，所 '选的添加剂为工业用盐。为防止石膏脱水时开裂，应向石膏型中加入氧化钙，以 减少裂纹倾向。本发明所得泡沫铝孔隙率在80%~98%之间、孔径在0.5 5mm之间可调，孔 结构为相互连通的三维网络结构，分布均匀。
图1为本发明工艺流程图。 图2为本发明制备的泡沫铝形貌照片。
具体实施方式
将直径100皿高60ram、孔隙率为95%的聚酯泡沫放入模具中，用a半水石 膏、自来水、工业用盐(粒径)IOO目)、氧化钙(粒径》100目)等材料按照(质量百分数)45%: 20%: 30%: 5%配制成均匀的粉浆，然后将粉浆注入聚酯泡沫中自然风干3小时，再于55。C烘干2小时，然后分别在120°C， 260。C和550°C 各焙烧3小时，使聚酯泡沫烧除形成多孔骨架。将该多孔骨架放入到模具中，在 其上浇注70(TC左右的铝液，随后在1~2个大气压下将铝液渗入到多孔骨架的缝 隙之中，最后用水洗除去石膏等材料，即可得到孔隙率为95%的通孔泡沫铝。
权利要求
1、高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法，其特征在于选用具有三维贯通孔隙的泡沫材料作母体材料，然后用溶于水或其它溶剂的粉体浆料填充到母体材料的孔隙中，经干燥和固化使浆料硬化形成预制型，再经焙烧使母体材料气化分解，得到多孔骨架；然后将多孔骨架置于模具中，浇入金属液，使金属液渗入多孔骨架的孔隙中，冷却后溶去多孔骨架，即获得三维网状结构的泡沫金属。
2、 根据权利要求l所述的高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法，其特征在于所 述的母体材料为聚酯泡沫材料，所述的粉体为石膏粉及其它辅助材料，粉体浆料为石膏粉体浆料；浇金属液进入预制型中后，对金属液施加一定的压力 或通过真空吸铸，使金属液渗入多孔骨架的孔隙中，冷却后用水溶去多孔骨 架中的石膏等材料，以获得三维网状结构的泡沫金属。
3、 根据权利要求2所述的高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法，其特征在于所 述的石膏浆料中，石膏粉及其它辅助材料组分的重量配比为石膏35~75% 自来水 10~30% 工业用盐5~40% 氧化钙 0.5 5.0%
4、 根据权利要求1所述的高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法，其特征在于所述干燥是将预制型在55'C下烘干24小时，然后在8(TC下烘干6小时；然 后依次在12(TC， 310°C， 550。C下各保温3小时，采用慢速、阶梯升温。
5、 根据权利要求1或2所述的高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法，其特征在于 所述的金属液为铝液或铝合金液。
6、 根据权利要求2所述的高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法，其特征在于所 述的多孔骨架在浇入金属液前先预热至600~700°C;所述的金属液为铝液， 铝液的浇注温度为650~750°C，对金属液施加的压力为0. 5~4. 0个大气压， 同时模具底部应有若干排气孔使多孔骨架内气体外逸。
全文摘要
本发明公开了一种高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法，其特征在于选用具有泡沫结构的材料做母体材料，母体材料中具有三维贯通的孔隙，然后用溶于水或其它溶剂的粉体浆料填充到母体材料的孔隙中，经干燥使得浆料硬化形成预制型，再经焙烧后使得母体材料气化分解，然后将预制型置于模具中、浇入金属液，使金属液充填于预制型的孔隙中，冷却后溶解除掉成型块中的粉体材料，即获得三维网状通孔的泡沫金属。本发明得到的泡沫铝为相互连通的三维网络结构，孔隙率和孔径可分别在80％～98％和0.5～5mm范围内调整。
文档编号C22C1/08GK101333608SQ20081012253
公开日2008年12月31日 申请日期2008年5月30日 优先权日2008年5月30日
发明者王幸福, 王新福, 韩福生 申请人:中国科学院固体物理研究所