泡沫金屬的開發(fā)、應(yīng)用與發(fā)展

1、南京航空航天大學(xué) 泡沫金屬的開發(fā)、 應(yīng)用與發(fā)展朱春生二二九年十一月九年十一月南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)u泡沫金屬制備方法基本分為四大類，約十幾種，各資料命名不統(tǒng)一。南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)u熔模鑄造法制備的泡沫金屬優(yōu)、缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：孔結(jié)構(gòu)易于控制，孔連通，孔隙率高， 約為8097。 缺點(diǎn)：工藝過程環(huán)節(jié)多，生產(chǎn)效率低，價(jià)格高。 u產(chǎn)品應(yīng)用： 由于孔隙率高，宜用于聲能吸納特性、吸塵凈化和細(xì)微顆粒過濾；工藝過程中

2、沒有強(qiáng)化措施，比強(qiáng)度、比剛度不突出，不宜作為輕質(zhì)高強(qiáng)材料使用。南京航空航天大學(xué)滲流鑄造法原理示意 南京航空航天大學(xué)滲流鑄造法產(chǎn)品樣件 南京航空航天大學(xué)u滲流鑄造制備的泡沫金屬優(yōu)、缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：通過所選顆粒的大小來控制泡沫金屬的孔徑大小，成本 不高，可制備鋁、 鎂、 鋅、鉛、 錫等金屬泡沫。 缺點(diǎn)：孔隙率受限，最大孔隙率可達(dá) 80 %，生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜。 u產(chǎn)品應(yīng)用： 用該工藝制造的泡沫鋁具有質(zhì)輕、比強(qiáng)度高和比面積在等特點(diǎn)，作為結(jié)構(gòu)材料，已經(jīng)用于飛機(jī)機(jī)翼復(fù)合材料的芯片，并成為加熱器、熱交換器和電池極板的優(yōu)質(zhì)材料。南京航空航天大學(xué)中空球法原理示意 南京航空航天大學(xué)微細(xì)中空球泡沫顯微形貌 南京航空航天

3、大學(xué)u中空球法的泡沫金屬優(yōu)、缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：為金屬 +陶瓷空心球復(fù)合結(jié)構(gòu)的泡沫金屬 ，該泡沫材料結(jié) 構(gòu)均勻，性能近乎于各向同性 ，比強(qiáng)度、比剛度好。 缺點(diǎn)：孔隙率只能在一定范圍一般為 40 %55 % 。 u產(chǎn)品應(yīng)用： 目前已應(yīng)用該方法制備具有三明治結(jié)構(gòu)的復(fù)合板材，用作輕質(zhì)高強(qiáng)承載件。南京航空航天大學(xué)氣體注入法原理示意圖 南京航空航天大學(xué)氣體發(fā)泡金屬泡沫試樣外觀南京航空航天大學(xué)u氣體發(fā)泡法制備的泡沫金屬優(yōu)、缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：成本低廉，生產(chǎn)效率高，可達(dá)到較高孔隙 率，約為8097.5。 缺點(diǎn)：孔不連通，孔結(jié)構(gòu)不均勻，力學(xué)性能不突出 且離散性大，一般僅用于制造泡沫鋁。 u產(chǎn)品應(yīng)用： 用于制造隔熱、緩沖等元

4、件，該材料的壓制板可作為力學(xué)性能要求不高的板料。南京航空航天大學(xué)熔融金屬發(fā)泡法原理示意圖 南京航空航天大學(xué)熔融金屬發(fā)泡法試樣放大后的外觀形貌南京航空航天大學(xué)u熔融金屬發(fā)泡法制備的泡沫金屬優(yōu)、缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：即可用于泡沫鋁也可適用于黑色泡沫金屬的 生產(chǎn) , 成本不高，可以達(dá)到的孔隙率 較高， 約為9193。 缺點(diǎn)：孔不連通，工藝過程難控制 , 氣泡分布及大 小不均勻，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品力學(xué)性能尚可。 u產(chǎn)品應(yīng)用： 用于制造隔振、緩沖等元件，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品可作強(qiáng)化填充料和。南京航空航天大學(xué)熔融金屬發(fā)泡法原理示意圖 南京航空航天大學(xué)粉體發(fā)泡法試樣放大后的外觀形貌南京航空航天大學(xué)u粉體發(fā)泡法制備的泡沫金屬優(yōu)、缺點(diǎn)： 優(yōu)

5、點(diǎn)：可較理想地控制泡沫鋁材料孔隙率，氣孔均 勻較好，也可以直接得到結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜 的試件, 無需進(jìn)一步的加工，且產(chǎn)品力學(xué)性能 較好。 缺點(diǎn)：孔不連通，工藝成本高，往往適用延展性較 好的金屬材料（如鈦合金等）,否則易成軋制 缺陷。u產(chǎn)品應(yīng)用： 用于制造隔振、緩沖、承載等的元件，比其他方法更適合用于制造復(fù)雜型面的輕質(zhì)零件。南京航空航天大學(xué) 南京航空航天大學(xué)電沉積泡沫銅的放大結(jié)構(gòu) 用于過濾的電沉積泡沫銅南京航空航天大學(xué)u電沉積法制備的泡沫金屬優(yōu)、缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： 孔結(jié)構(gòu)易于控制，孔連通，孔隙率高，孔隙 率可達(dá)97 。 缺點(diǎn)：電沉積法的主要缺點(diǎn)是受到極限電流密度的 限制，因此沉積速度較慢，生產(chǎn)效率低，

6、成本 較高。u產(chǎn)品應(yīng)用： 可用于消聲、散熱、 隔磁、電極、凈化等器件的制造 。南京航空航天大學(xué) 在工件(陰極)和噴嘴(陽(yáng)極)之間施加一定的電壓，同時(shí)電解液高速噴射到陰極基板上，在噴射覆蓋區(qū)，陰極與陽(yáng)極通過電解液構(gòu)成回路，此時(shí)噴射覆蓋區(qū)有電流通過，產(chǎn)生電沉積，而其它部位沒有電流通過，則不產(chǎn)生沉積。 南京航空航天大學(xué)噴射電沉積泡沫鎳噴射電沉積獲得的泡沫鎳 的50倍和100倍形貌南京航空航天大學(xué)u噴射電沉積法制備的泡沫金屬優(yōu)、缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：是一種局部高速電沉積技術(shù)，比電沉積法效 率高，孔連通。 缺點(diǎn)：孔結(jié)構(gòu)均勻性差。u產(chǎn)品應(yīng)用： 可用于電極、散熱、 凈化填充等器件制造 。南京航空航天大學(xué)原理： 將金

7、屬粉末松裝于模具內(nèi)進(jìn)行無壓燒結(jié)，在燒結(jié)過程中粉末顆粒相互粘結(jié)，從而形成多孔燒結(jié)體。燒結(jié)方式有物理反應(yīng)燒結(jié)法、化學(xué)反應(yīng)燒結(jié)法和激光燒結(jié)法。 該法所得產(chǎn)品孔率為40%60% 。為提高孔率，常加人疏松劑，它可在燒結(jié)時(shí)分解或揮發(fā)，也可通過升華或溶解而得以去除。如在生產(chǎn)Fe Ni、Cu 、或其合金多孔體時(shí)，常加入甲基纖維素作疏松劑，孔率可提高到70%90%。南京航空航天大學(xué)激光燒結(jié)法制成的 Al - 7 %Si樣品 金屬粉末化學(xué)反應(yīng)燒結(jié)法 燒結(jié)法獲得的NiAl3 南京航空航天大學(xué)u金屬粉末燒結(jié)法制備的泡沫金屬優(yōu)、缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：成本不高，生產(chǎn)效率較高，孔隙率可達(dá) 7090（不同材質(zhì)有所差異），可用 于多種

8、泡沫金屬制造。 缺點(diǎn)：孔隙分布和孔隙大小不均勻。u產(chǎn)品應(yīng)用： 用于制造隔熱、緩沖等元件，壓制后可作為力學(xué)性能要求不高的板料。南京航空航天大學(xué)原理： 以金屬纖維作原料，在較高溫度時(shí)物料產(chǎn)生初始液相，在表面張力和毛細(xì)管的作用下，物料顆粒相互接觸，相互作用，冷卻后物料發(fā)生固結(jié)而成為泡沫金屬。 南京航空航天大學(xué)短纖維泡沫金屬 南京航空航天大學(xué)u金屬纖維燒結(jié)法制備的泡沫金屬優(yōu)、缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：纖維燒結(jié)法制備的多孔金屬的滲透性比粉末 法制取的高幾十倍，被稱為“ 第二代多孔金屬 過濾材料” ，孔隙率高（95%），比表面積大。 缺點(diǎn)：力學(xué)性能不高。u產(chǎn)品應(yīng)用： 用于過濾元件、電極、燃料電池的制造。南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)1）固態(tài)成形工藝、液態(tài)成形工藝、氣態(tài)成形工藝、離子態(tài) 成形工藝都相應(yīng)地、有針對(duì)性