一种低熔点泡沫金属的制备装置、方法及低熔点泡沫金属与流程

本发明涉及泡沫金属技术领域，具体涉及一种低熔点泡沫金属的制备装置、方法及低熔点泡沫金属。

背景技术

泡沫金属是指内部含有许多孔隙的特种金属材料。通过其独特的结构特点，泡沫金属拥有密度小、透气性高、材料容重小、隔热性能好、隔音性能好以及能够吸收电磁波等一系列良好优点，是随着人类科技逐步发展起来的一类新型材料常用于航空航天、石油化工、环保中用于制造净化、过滤、催化支架、电极等装置。

泡沫金属材料是生活中常见的材料之一，它是一种由固体框架与孔洞所组成。泡沫金属独特的多孔结构不仅拥有独特的力学性能和承载能力，而且还有许多特殊的功能。泡沫金属是一类具有低密度以及新奇的物理、力学、电学、光学、声学等特殊性能的特种金属材料。这种材料结构简单、能量吸收和热控制等方面均具有应用潜力，已实用的泡沫金属有铝、镍、铜及其合金，其各项特点如下：

泡沫铝及其合金质轻，具有吸音、隔热、减振、吸收冲击能和电磁波等特性，适用于导弹、飞行器和其回收部件的冲击保护层，汽车缓冲器，电子机械减振装置，脉冲电源电磁波屏蔽罩等。

泡沫镍由于有连通的气孔结构和高的气孔率，因此具有高通气性、高比表面积和毛细力，多作为功能材料，用于制作流体过滤器、雾化器、催化器、电池电极板和热交换器等。

泡沫铜的导电性和延展性好，导电性能好，可将其用于制备电池负极(载体)材料、催化剂载体和电磁屏蔽材料。特别是泡沫铜用于电池作电极的基体材料，具有一些明显的优点，但由于铜的耐腐蚀性能不如镍好从而也就限制了它的一些应用。

含有铝、镍、铜及其合金的泡沫金属，有一定的弊端和短板，如金属熔点温度较高，金属材料成本高，制备工艺复杂，腐蚀现象严重等。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种低熔点泡沫金属的制备装置、方法及低熔点泡沫金属。

具体地，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种低熔点泡沫金属的制备装置，包括：密封容器，所述密封容器中装有颗粒状的填充材料，所述颗粒状的填充材料之间相互留有空隙；

所述密封容器的容器盖上设置有若干个小孔，所述小孔用于注入熔融的低熔点液态金属；

其中，所述熔融的低熔点液态金属通过所述小孔进入所述密闭容器后依靠其本身的流动性自动填充所述颗粒状的填充材料之间留有的空隙，当液态金属填充完毕冷却凝固后，从所述密封容器中取出凝固的金属和填充材料的混合体，并去除所述混合体中的填充材料，进而得到多孔的金属框架，所述多孔的金属框架即为泡沫金属。

进一步地，所述低熔点液态金属为铋基合金、铟基合金和铋铟基多元合金中的任意一种。

进一步地，所述颗粒状的填充材料为粗盐或水泥球。

进一步地，所述密封容器为玻璃容器、塑料容器或泡沫容器。

进一步地，所述装置还包括：注射器或漏斗；所述注射器或漏斗用于将熔融的低熔点液态金属通过所述小孔注射进所述密闭容器中。

第二方面，本发明还提供了一种低熔点泡沫金属的制备方法，包括：

打开密封容器的容器盖，在所述密封容器中装满颗粒状的填充材料，所述颗粒状的填充材料之间相互留有空隙；

盖上所述密封容器的容器盖；其中，所述密封容器的容器盖上设置有若干个小孔，所述小孔用于注入熔融的低熔点液态金属；

将熔融的低熔点液态金属通过所述小孔倒入所述密闭容器，直至液态金属填充完所述颗粒状的填充材料之间留有的空隙；

将所述密封容器内的液态金属进行冷却凝固，待所述密封容器内的液态金属冷却凝固后，从所述密封容器中取出凝固的金属和填充材料的混合体，并去除所述混合体中的填充材料，得到多孔的金属框架，所述多孔的金属框架即为泡沫金属。

进一步地，所述低熔点液态金属为铋基合金、铟基合金和铋铟基多元合金中的任意一种。

进一步地，所述颗粒状的填充材料为粗盐或水泥球。

进一步地，所述将熔融的低熔点液态金属通过所述小孔倒入所述密闭容器，具体包括：

利用注射器将熔融的低熔点液态金属通过所述小孔注射进所述密闭容器；

或，

利用漏斗将熔融的低熔点液态金属通过所述小孔注射进所述密闭容器。

第三方面，本发明还提供了一种低熔点泡沫金属，采用如上面所述的低熔点泡沫金属的制备方法制备得到。

由上述技术方案可知，本发明提供的低熔点泡沫金属的制备装置，包括：密封容器，所述密封容器中装有颗粒状的填充材料，所述颗粒状的填充材料之间相互留有空隙；所述密封容器的容器盖上设置有若干个小孔，所述小孔用于注入熔融的低熔点液态金属；所述熔融的低熔点液态金属通过所述小孔进入所述密闭容器后依靠其本身的流动性自动填充所述颗粒状的填充材料之间留有的空隙，当液态金属填充完毕冷却凝固后，从所述密封容器中取出凝固的金属和填充材料的混合体，并去除所述混合体中的填充材料，进而得到多孔的金属框架，所述多孔的金属框架即为泡沫金属。本发明采用低熔点液态金属做原料，制备得到的泡沫金属具有多种优越的性能。本发明提供的低熔点泡沫金属的制备装置及方法，采用低熔点的液态金属作为实验原料，由于其工艺温度要求低，因而解决了泡沫铝、泡沫镍等高熔点材料对实验温度要求高的问题，节约了资源。此外，本发明制备过程工艺简单，实验器材成本低，且制备得到的泡沫金属孔孔隙率高，力学性能良好。此外，在本发明中，液态金属孔隙率和孔结构的方便控制，工艺简单，可以满足不同孔结构形状大小的需求。综上所述，本发明制备的低熔点泡沫金属，制备方法简单快捷，温度工艺要求低，过程易操作控制，得到的泡沫金属孔隙率高，结构轻质，性能良好，适用于多领域行业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的低熔点泡沫金属的制备装置的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的低熔点泡沫金属的制备方法的流程图；

图1中，各附图标记的含义为：

1表示位于密封容器盖上的小孔；2表示密封容器；3表示填充材料。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例提供了一种低熔点泡沫金属的制备装置，参见图1，该装置包括：密封容器2，所述密封容器2中装有颗粒状的填充材料3，所述颗粒状的填充材料3之间相互留有空隙；

所述密封容器2的容器盖上设置有若干个小孔1，所述小孔1用于注入熔融的低熔点液态金属；

其中，所述熔融的低熔点液态金属通过所述小孔1进入所述密闭容器2后依靠其本身的流动性自动填充所述颗粒状的填充材料3之间留有的空隙，当液态金属填充完毕冷却凝固后，从所述密封容器2中取出凝固的金属和填充材料的混合体，并去除所述混合体中的填充材料3，进而得到多孔的金属框架，所述多孔的金属框架即为泡沫金属。

需要说明的是，可以通过改变填充材料的形状和大小来获取不同的孔隙率和孔隙结构。

需要说明的是，本实施例中的低熔点液态金属，通常选取在常温下为固体且熔点不高的液态金属合金，规避熔点过低或过高，以免增加实验的制备复杂和实验成本。在实际使用时可以选取液态金属铋铟合金制备低熔点液态金属合金，铋铟的含量比例不同，相应的合金熔点也不同，因此低熔点合金可以选用铋基合金，铟基合金，铋铟合金等低熔点合金材料。

在本实施例中，所述密封容器可以为玻璃容器、塑料容器、泡沫容器或其他材质的容器。例如，可以选择成本较低的塑料容器和泡沫容器。此外，需要说明的是，位于密封容器盖上的小孔1是为了使熔融的液态金属快速进入容器中以保证填充空隙的均匀性和一致性，根据具体情况可以采用一个或者多个小孔同时将熔融的液态金属加入到装有填充材料的密封容器中；参见图1所示，密封容器2为带有盖的圆柱体形(当然也可以为其他外形)，可由塑料或泡沫等材料制作，加工方式可以采用浇铸或压模加工，大小和外形可根据实际情况具体确定，加盖的目的是为了对填充材料施加一定的压力，防止在填充材料的质量没有液态金属的质量重的情况下，当金属渗流到容器中时容易发生填充材料漂浮在金属表面上层的情况，进而无法达到预期的填充效果。

在本实施例中，可以理解的是，所述颗粒状的填充材料3是用于帮助形成空隙的填充材料。例如，所述颗粒状的填充材料3可以为粗盐、水泥球等，在所述熔融的低熔点液态金属通过所述小孔1进入所述密闭容器2后依靠其本身的流动性自动填充粗盐或水泥球之间留有的空隙，当液态金属填充完毕冷却凝固后，从所述密封容器2中取出凝固的金属和填充材料的混合体，并去除所述混合体中的填充材料3，进而得到多孔的金属框架，所述多孔的金属框架即为泡沫金属，因此，所述颗粒状的填充材料3不但需要能够形成空隙，而且还要在金属填充凝固结束后，方便取出。当然，所述填充材料3不限于粗盐和水泥球，还可以是其他熔点高于液态金属合金的可用于填充并方便取出的材料。这里所述的方便取出是指便于与凝固的金属分离，所述填充材料的尺寸、形状都可以根据具体要求进行选择和改变。

在本实施例中，所述液态金属填充的空隙为规则或不规则的、大小不一的空隙。在本实施例中，所述液态金属孔隙率和孔隙结构是指取出填充材料以后留下的孔隙，改变填充材料的形状和大小，来得到不同的孔隙，填充材料的形状直接影响泡沫金属的孔隙规整程度，填充材料的大小决定着泡沫金属孔隙的大小。而孔隙率和孔隙结构的控制是泡沫金属实现其性能优势的关键。在实际应用中，可以根据实际需求选择合适形状和大小的填充材料以得到理想的孔隙率和孔隙结构。

可见，本实施例利用液态金属的低熔点特性，抓住液态金属熔点的临界点，在一个密闭容器中装满一定颗粒状的填充材料，使得密闭容器中还有一定的空隙，将熔融的液态金属快速加入密闭容器中，液态金属即可填充容器中的空隙并冷却，为了使得到的泡沫金属孔状更紧密，可以同时往多个入口加入熔融的液态金属，最后当金属凝固以后，取出金属框架并取出金属框架中的填充材料，即可得到泡沫金属。

下面通过一个具体例子对本实施例提供的低熔点泡沫金属的制备装置的使用方法进行介绍。

本实施例中，采用低熔点泡沫金属的制备装置制备泡沫金属实际上为渗流制造法，具体利用铋铟合金作为制备低熔点泡沫金属的原材料，首先将100g铋铟合金用烧杯在加热台上加热使其为熔融状态(铋铟熔点为72℃)，加盖容器瓶6选用φ50mm(内径)×100mm(高度)，容器瓶的盖子上可以加一个或者若干个金属入口，金属入口可以制造成φ5mm的小孔，在容器瓶中装满填充材料选用3-5mm的粗盐，微微对粗盐施加压力使其在容器瓶中填充均匀，然后盖好容器盖，待金属加热至熔融状态时，用注射器不断的将熔融的液态金属从金属入口倒入在容器瓶中，待金属填充容器瓶中的空隙并完全冷却凝固时，从容器瓶中取出凝固的金属和填充材料的混合体，然后将混合体放入超声溶解器中使粗盐溶解，一段时间后粗盐完全溶解，得到的就是一个孔状不规则的泡沫金属。

本实施例中，低熔点合金除铋铟合金外，也可选用其它铋铟锌、铋铟锡、铋铟锡镉等低熔点合金、多元合金满足实验要求。此外，本实施例中，容器瓶除φ50mm(内径)×100mm(高度)外，也可根据实验需求选用其它参数。此外，本实施例中，填充材料粗盐3-5mm市场上可以买到颗粒大小不同的粗盐尺寸，可根据实验需求选用其它参数。此外，本实施例中，熔融的液态金属可以用注射器或者漏斗添加，加盖容器瓶、金属入口小孔的大小参数可根据不同需要具体选用。

与上面例子不同的是，还可以采用水泥球作为填充材料。例如，制备过程中其他条件可以不变，用水泥球代替填充材料粗盐来制备低熔点泡沫金属，在容器瓶中装满填充材料选用吸水体积涨大的球体水泥球φ2mm，微微对水泥球施加压力使其在容器瓶中填充均匀，然后盖好容器盖，待金属加热至熔融状态时，用注射器不断的将熔融的液态金属从金属入口倒入在容器瓶中，待金属填充容器瓶中的空隙并完全冷却凝固时，从容器瓶中取出凝固的金属和填充材料的混合体，水泥球容易吸水体积涨大，但当熔融的液态金属加入容器瓶中对水泥球的水分有一定的吸收，水泥球脱水体积减小，方便取出，即可得到形状大小规则的泡沫金属。

本实施例中，低熔点合金除铋铟合金外，也可选用其它铋铟锌、铋铟锡、铋铟锡镉等低熔点合金、多元合金满足实验要求。本实施例中，容器瓶除φ50mm(内径)×100mm(高度)外，也可根据实验需求选用其它参数。本实施例中，填充材料选用的水泥球市场上可以买到直径大小不一的脱水水泥球，还可以根据实验需求选用不同参数或对水泥球吸水改变体积大小。

由上面描述可知，本实施例提供的低熔点泡沫金属的制备装置，包括：密封容器，所述密封容器中装有颗粒状的填充材料，所述颗粒状的填充材料之间相互留有空隙；所述密封容器的容器盖上设置有若干个小孔，所述小孔用于注入熔融的低熔点液态金属；所述熔融的低熔点液态金属通过所述小孔进入所述密闭容器后依靠其本身的流动性自动填充所述颗粒状的填充材料之间留有的空隙，当液态金属填充完毕冷却凝固后，从所述密封容器中取出凝固的金属和填充材料的混合体，并去除所述混合体中的填充材料，进而得到多孔的金属框架，所述多孔的金属框架即为泡沫金属。本实施例采用低熔点液态金属做原料，制备得到的泡沫金属具有多种优越的性能。本实施例提供的低熔点泡沫金属的制备装置及方法，采用低熔点的液态金属作为实验原料，由于其工艺温度要求低，因而解决了泡沫铝、泡沫镍等高熔点材料对实验温度要求高的问题，节约了资源。此外，本实施例制备过程工艺简单，实验器材成本低，且制备得到的泡沫金属孔孔隙率高，力学性能良好。此外，在本实施例中，液态金属孔隙率和孔结构的方便控制，工艺简单，可以满足不同孔结构形状大小的需求。综上所述，本实施例制备的低熔点泡沫金属，制备方法简单快捷，温度工艺要求低，过程易操作控制，得到的泡沫金属孔隙率高，结构轻质，性能良好，适用于多领域行业。

基于相同的发明构思，本发明另一实施例提供了一种低熔点泡沫金属的制备方法，参见图2，该方法包括：

步骤101：打开密封容器的容器盖，在所述密封容器中装满颗粒状的填充材料，所述颗粒状的填充材料之间相互留有空隙。

步骤102：盖上所述密封容器的容器盖；其中，所述密封容器的容器盖上设置有若干个小孔，所述小孔用于注入熔融的低熔点液态金属。

步骤103：将熔融的低熔点液态金属通过所述小孔倒入所述密闭容器，直至液态金属填充完所述颗粒状的填充材料之间留有的空隙。

步骤104：将所述密封容器内的液态金属进行冷却凝固，待所述密封容器内的液态金属冷却凝固后，从所述密封容器中取出凝固的金属和填充材料的混合体，并去除所述混合体中的填充材料，得到多孔的金属框架，所述多孔的金属框架即为泡沫金属。

需要说明的是，本实施例中的低熔点液态金属，通常选取在常温下为固体且熔点不高的液态金属合金，规避熔点过低或过高，以免增加实验的制备复杂和实验成本。在实际使用时可以选取液态金属铋铟合金制备低熔点液态金属合金，铋铟的含量比例不同，相应的合金熔点也不同，因此低熔点合金可以选用铋基合金，铟基合金，铋铟合金等低熔点合金材料。

在本实施例中，所述颗粒状的填充材料可以为粗盐或水泥球。

在本实施例中，可以利用注射器将熔融的低熔点液态金属通过所述小孔注射进所述密闭容器；也可以利用漏斗将熔融的低熔点液态金属通过所述小孔注射进所述密闭容器。

需要说明的是，由于本实施例所述的低熔点泡沫金属的制备方法可以采用上述实施例所述的低熔点泡沫金属的制备装置实施，因此具体制备过程的详细介绍和有益效果描述可参见上述实施例，此处不再详述。

本发明又一实施例提供了一种低熔点泡沫金属，该低熔点泡沫金属采用如上面实施例所述的低熔点泡沫金属的制备方法制备得到。

可以理解的是，通过上述实施例提供的低熔点泡沫金属的制备方法，可以得到低熔点泡沫金属，且本实施例得到的低熔点泡沫金属，相对于现有技术中的铝、镍、铜及其合金的泡沫金属，不但成本低，制作工艺简单，而且得到的泡沫金属孔隙率高、结构轻质，性能良好。此外，通过上述实施例提供的低熔点泡沫金属的制备方法制备得到的泡沫金属的整体外部形状可以很方便地控制和改变，从而可以满足不同的外部形状需求。

在发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用于说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。