本发明涉及一种造孔剂烧结制备泡沫纯铝材料的方法。
背景技术：
泡沫铝材料是一种在铝或铝合金基体中均匀分布着大量连通或不连通孔洞的新型轻质多功能材料，它兼有连续金属相和分散空气相的特点，具有优良的机械阻尼、消声降噪、吸能、电磁屏蔽等功能，而且质轻、坚固、耐热、美观，在国民经济建设和国防高科技等诸多领域有着广泛的应用前景，已成为当今世界材料科学研究的重要内容之一。目前生产泡沫铝材料的方法主要有熔体注气法、粉末冶金法、发泡法、FORMGRIP 法、渗流铸造法、烧结溶解法。这些方法存在一定的缺点，比如采用熔体注气法很难控制气泡尺寸；FORMGRIP法制备出的泡沫铝因含有大量SiC而韧性变差，渗流铸造法过程复杂，劳动强度较高；烧结溶解法工艺周期较长，成品内残留的NaCl会造成基体局部腐蚀。发泡法做为一种崭新的方法克服了上述的缺点，近年来，人们利用该方法已经生产出了泡沫铝材料，但是由于采用TiH2作为发泡剂，价格较高，且有残余Ti造成基体的污染，限制了此法在工业生产上的应用。因此，在选择造孔剂时，其成本和杂质元素的影响必须要考虑在内。用碳酸氢铵作为造孔剂，在烧结过程中碳酸氢铵能完全分解为气体排出炉外，能够很好的解决造孔剂成本高和杂质元素污染基体的问题，而且易于控制孔洞尺寸。到目前为止，通过粉末冶金结合碳酸氢铵造孔剂生产泡沫纯铝材料的报道至今还尚未发现。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种低成本、工艺简单、易于控制孔洞尺寸的泡沫纯铝材料及其制备方法。
本发明涉及的泡沫纯铝材料中，造孔剂为NH4HCO3颗粒，粒径为300-500 μm，纯度99.99%；铝粉粒径为50-100 mm，纯度≥99.7%，其中：质量比Al: NH4HCO3=2-10:1。
泡沫纯铝材料的制备方法具体步骤为：
（1）将粒径为50-100 mm的Al粉和粒径为300-500 μm 的NH4HCO3颗粒按照质量比Al: NH4HCO3=2-10:1加入到石英管中，然后将石英管内充满氩气并将管口封牢，再将石英管固定到V型混粉机中旋转12小时，使管中的Al粉和NH4HCO3颗粒混合均匀后，将石英管中的混合均匀的粉末取出。
（2）将步骤（1）混合均匀的粉末倒入方形模具中，在室温下通过液压式万能材料试验机用50-200 MPa的压制力将粉末压制成长方形状（长 × 宽 × 高，50mm × 20 mm × 10 mm）生坯，再将压制好的生坯放入石英管式烧结炉中。
(3)在石英管式烧结炉中持续地通入纯度为99.99%的高纯氩气作为保护气体，采取梯级加热方式，先升温至150℃-300℃并保温2-3小时，将NH4HCO3颗粒加热分解为CO2和H2O气体后，通过流动的高纯氩气排出炉外，再升温至620-650 ℃并保温0.5-3小时进行烧结，随后将试样随炉冷至室温后获得泡沫纯铝材料。
本发明制备的泡沫纯铝材料，造孔剂成本低，孔洞分布均匀，易于控制孔洞尺寸，且不存在杂质元素污染基体的问题，其平均孔径为107 μm-263 μm，孔隙率为36%-76%，密度为0.68g/cm3-1.73g/cm3。
具体实施方式
实施例1：
（1）将粒径为50mm的Al粉和粒径为500 μm 的NH4HCO3颗粒按照质量比Al: NH4HCO3=2:1进行称量并加入到石英管中，然后将石英管内充满氩气并将管口封牢，再将石英管固定到V型混粉机中旋转12小时，使管中的Al粉和NH4HCO3颗粒混合均匀后，将石英管中的混合均匀的粉末取出。
（2）将步骤（1）混合均匀的粉末倒入方形模具中，在室温下通过液压式万能材料试验机用50MPa的压制力将粉末压制成长方形状（长 × 宽 × 高，50mm × 20 mm × 10 mm）生坯，再将压制好的生坯放入石英管式烧结炉中。
(3)在石英管式烧结炉中持续地通入纯度为99.99%的高纯氩气作为保护气体，采取梯级加热方式，先升温至200℃并保温3小时，将NH4HCO3颗粒加热分解为CO2和H2O气体后，通过流动的高纯氩气排出炉外，再升温至630 ℃并保温1小时进行烧结，随后将试样随炉冷至室温后获得泡沫纯铝材料。该材料的孔隙率为76%，平均孔径为263 μm，密度为0.68g/cm3。
实施例2：
（1）将粒径为50mm的Al粉和粒径为400 μm 的NH4HCO3颗粒按照质量比Al: NH4HCO3=3:1进行称量并加入到石英管中，然后将石英管内充满氩气并将管口封牢，再将石英管固定到V型混粉机中旋转12小时，使管中的Al粉和NH4HCO3颗粒混合均匀后，将石英管中的混合均匀的粉末取出。
（2）将步骤（1）混合均匀的粉末倒入方形模具中，在室温下通过液压式万能材料试验机用100MPa的压制力将粉末压制成长方形状（长 × 宽 × 高，50mm × 20 mm × 10 mm）生坯，再将压制好的生坯放入石英管式烧结炉中。
(3)在石英管式烧结炉中持续地通入纯度为99.99%的高纯氩气作为保护气体，采取梯级加热方式，先升温至150℃并保温3小时，将NH4HCO3颗粒加热分解为CO2和H2O气体后，通过流动的高纯氩气排出炉外，再升温至620 ℃并保温3小时进行烧结，随后将试样随炉冷至室温后获得泡沫纯铝材料。该材料的孔隙率为58%，平均孔径为181 μm，密度为1.13g/cm3。
实施例3：
（1）将粒径为100mm的Al粉和粒径为300 μm 的NH4HCO3颗粒按照质量比Al: NH4HCO3=4:1进行称量并加入到石英管中，然后将石英管内充满氩气并将管口封牢，再将石英管固定到V型混粉机中旋转12小时，使管中的Al粉和NH4HCO3颗粒混合均匀后，将石英管中的混合均匀的粉末取出。
（2）将步骤（1）混合均匀的粉末倒入方形模具中，在室温下通过液压式万能材料试验机用100MPa的压制力将粉末压制成长方形状（长 × 宽 × 高，50mm × 20 mm × 10 mm）生坯，再将压制好的生坯放入石英管式烧结炉中。
(3)在石英管式烧结炉中持续地通入纯度为99.99%的高纯氩气作为保护气体，采取梯级加热方式，先升温至300℃并保温2小时，将NH4HCO3颗粒加热分解为CO2和H2O气体后，通过流动的高纯氩气排出炉外，再升温至650 ℃并保温0.5小时进行烧结，随后将试样随炉冷至室温后获得泡沫纯铝材料。该材料的孔隙率为48%，平均孔径为136 μm，密度为1.40g/cm3。
实施例4：
（1）将粒径为100mm的Al粉和粒径为300 μm 的NH4HCO3颗粒按照质量比Al: NH4HCO3=10:1进行称量并加入到石英管中，然后将石英管内充满氩气并将管口封牢，再将石英管固定到V型混粉机中旋转12小时，使管中的Al粉和NH4HCO3颗粒混合均匀后，将石英管中的混合均匀的粉末取出。
（2）将步骤（1）混合均匀的粉末倒入方形模具中，在室温下通过液压式万能材料试验机用200MPa的压制力将粉末压制成长方形状（长 × 宽 × 高，50mm × 20 mm × 10 mm）生坯，再将压制好的生坯放入石英管式烧结炉中。
(3)在石英管式烧结炉中持续地通入纯度为99.99%的高纯氩气作为保护气体，采取梯级加热方式，先升温至200℃并保温3小时，将然后NH4HCO3颗粒加热分解为CO2和H2O气体后，通过流动的高纯氩气排出炉外，再升温至640 ℃并保温1小时进行烧结，随后将试样随炉冷至室温后获得泡沫纯铝材料。该材料的孔隙率为36%，平均孔径为107 μm，密度为1.73g/cm3。
需要指出的是，按照本发明的技术方案，上述实施例还可以举出许多，根据申请人大量的实验结果证明，在本发明的权利要求书所提出的范围，均可以达到本发明的目的。