泡沫铝生产工艺
熔体发泡法和吹气法制备泡沫铝的比较研究
图２ 吹气法制备泡沫铝的工艺过程与吹气头结构［ 。
１ ． 金属泡沫 ２ ． 气泡 ３ ． 铝 舍金 熔 体 ４ ． 发 泡 坩埚 ５ ． 加 热炉 ６ ． 吹 气 头
吸收 冲击 能量 、 易加 工 、 易 回收利用 等 优点 ， 是一 种结 构 和 功能 一体 化材 料 。泡沫 铝 可制成 轻 结构件 、 高刚度 填
吹气法 和粉 末压 实熔 化发 泡法 。 熔 体发 泡法 是将 固体 发泡 剂 ， 如 Ｔｉ ｌ ， 加入 到金 属
收 稿 日期 ： ２ ０ １ 卜０ ５ — ２ １ 作者简介 ： 李言祥 ， 男， １ ９ ６ ２年 出 生 ， 教授 ， 清 华 大 学 机 械工 程 系 ， 北京 （ １ ０ ０ ０ ８ ３ ） ， 电话 ： ０ １ ０ －６ ２ ７ ７ ３ ６ ４ ０ ， Ｅ—ｍａ ｉ ｌ ： ｙ ａ ｎ ｘ ｉ ａ ｎ ｇ ＠ｔ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ ． ｅ ｄ ｕ ． ｅ ｎ
ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｒｅ ｖ ｉ ｅ ｗｓ ， １ ９ ６ ９，１ ３ ０ （ １ ４ ）：１ － ２ ４ ．
［ ７ ］ Ｓ ＨＥ Ｐ Ｐ ＡＲＤ Ｔ， Ｐ ＡＲＳ ＯＮ Ｎ Ｃ，Ｚ ＡＩ Ｄ Ｉ Ｍ Ａ．Ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｒ ｅ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ —
Ｔ Ｇ１ ４ ６ ． ２ １ 文 献 标 志 码 Ａ 文章编号 １ ０ ０ １ —２ ２ ４ ９ （ ２ ０ １ １ ） １ ２ —１ ０ ９ ７ —０ ３ 中 图分 类 号
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泡沫金属的介绍及制备3.1
密度 ：150 kg /m3 ～ 300 kg /m3。
常见的泡沫金属？
1.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，电磁波屏蔽罩等。
2.泡沫铜的导电性和延展性好，可将其用于制备电 池（载体）负极材料、催化剂载体和电磁屏蔽材料。
泡 沫 铝 电 极 电 池
6.泡沫铝有很强的电磁屏蔽性能。 与其它电磁屏蔽材料相比有以下优点:
( 1 ) 、超轻质量，低密度 ( 300 kg /m3 ～ 1 000 kg /m3) ; ( 2) 耐高温、低热导率、良好的阻尼性等; ( 3) 、可以成形为复杂的形状，是实体金属所不能比拟的。
泡沫铝板材属于优等级的电磁屏蔽材料，对频率200MHz以下电磁 波，屏蔽效能达到90dB。厚度20mm的铁板，附带泡沫塑料，其屏蔽 电磁波为50dB。单独20mm泡沫铝，屏蔽电磁波为90dB，重量是铁板 的1/50。
可以应用在一些需要屏蔽电磁波信号的设备上。如移动的坦克指战车 、歼20隐身飞机
7、隔声降噪 高速公路和高铁安装泡沫铝声屏障，经测量，泡沫铝声屏障 可以降噪10~20dB。是铝板声屏障降噪的两倍。
8、军事装备 笨重且防护性能低的钢筋混凝土导弹发射井盖用轻质防护性能高的泡沫铝 井盖所代替，每个井盖由120吨降低到20吨。 运20大飞机空军列装，用以空降20吨左右的重型装备，用泡沫铝板材缓冲 垫保障空降安全，舰船甲板、大桥防撞及制造应急支援大桥都可以应用泡沫铝 板材。
七、市场
人类发现金属有9000年历史，制造铝合金有200年历 史，研发泡沫材料不到100年历史，相比之下，泡沫铝 从50年代后期问世，到现在不到60年，是一个充满活力 的新型材料，产业为朝阳产业。他的发展势必促进军民 融合产业发展，有利于一带一路战略的快速发展。目前 行业的年发展速度超过50%，正处于爆发式发展的前夕 ， 具有1000亿以上市场的巨大发展空间。随着新材料 战略的正确引领，通过科技研发领域的不断扩大，泡沫 铝行业正在进入一个健康的的高速发展期。
泡沫金属的制备,力学性能及其应用ppt课件
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三、泡沫金属的力学性能
3.阻尼能力
泡沫金属的阻尼能力一般为制备其所用金属材质的5-10倍。虽然其耗散系数仍远远低于聚合 物泡沫材料，但这种金属泡沫化后带来的阻尼能力的提高还是可以很好地加以利用的。
4.疲劳损坏
在泡沫金属的结构应用中，结构的强度会随时间和交变次数的增加而衰减。这种强度的衰减 主要是由于泡沫金属的内部裂纹的萌生和发展。在闭孔泡沫金属内，当孔缘沿着某一方向弯曲变 形时，孔胞面将会经受表层压力作用。在泡沫结构的交变变形中，存在一定的塑性变形累积，从 而使结构强度逐渐衰减。
电屏蔽 催化剂载体
良好的导电性，机械强度和低密度等特性使金属泡沫在电屏 蔽方面具有有人的前景
体积比表面积高，可赋予小型电极以很高的反应表面积
平台应力段过后是密实应变点，该点之后，泡沫金属完全被压缩而应力突然上升，失去吸能作用。
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三、泡沫金属的力学性能
2.拉伸性能
泡沫金属的拉伸应力-应变性能不同于压缩性能。如下图所示为一个泡沫制品的示例，泡沫金 属的整体屈服之前，其应力应变曲线斜率低于弹性模量，意味着很小的应变情形之下仍然有显著 的微塑性出现。超过屈服点之后，泡沫金属发生硬化，直至极限拉伸强度产生破坏为止。
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二、泡沫金属的制备
7. 中空金属球结构（开孔+闭孔）
制备出尺寸合乎要求的中空金属球颗粒并进行烧结等工艺进行密实处理。
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二、泡沫金属的制备
8.两种材料共密实或共铸造而其中一种材料可滤除（开孔）
将各自体积分数均不低于25%的两种粉末混合、密实，形成两相各自连续且 相互联结的双联结构。混合体压实后，在合适的溶剂中滤出其中另一种粉末。
泡沫铝发泡铝的全面知识
04 泡沫铝发泡铝的市场前景 与发展趋势
市场现状与规模
全球泡沫铝发泡铝市场规模持续增长 ，预计未来几年将保持稳定增长态势 。
随着环保意识的提高和能源消耗的增 加，泡沫铝发泡铝在建筑、汽车、航 空航天等领域的应用越来越广泛，市 场需求不断扩大。
竞争格局与市场份额
目前，全球泡沫铝发泡铝市场主要由几家大型企业主导，如德国的 Aluminumwerk Union Ranshofen、法国的Pechiney和美国的Alcoa等。
改进方向
提高耐潮性能
通过改进生产工艺或添 加防潮剂等措施，提高 泡沫铝发泡铝的耐潮性
能。
增强高温稳定性
研究新型的发泡剂和生 产工艺，提高泡沫铝发 泡铝在高温环境下的稳
定性。
降低生产成本
通过优化生产工艺、规 模化生产等方式降低泡
沫铝发泡铝的成本。
改善可塑性
通过调整生产配方或采 用特殊的加工工艺，改 善泡沫铝发泡铝的可塑
VS
电磁屏蔽
泡沫铝具有电磁屏蔽性能，可用于电子设 备的电磁屏蔽材料，减少电磁干扰。
保温隔热领域
保温材料
泡沫铝具有优良的保温性能，可用于建筑、 工业等领域的保温材料，减少能源消耗。
隔热材料
泡沫铝具有较好的隔热性能，可用作高温设 备的隔热材料，防止设备过热。
03 泡沫铝发泡铝的优势与局 限性
优势
轻质高强
吸音减震
泡沫铝具有较好的吸音和减震性能，可用于汽车内部隔音、 减震材料。
航空航天
航天器结构材料
泡沫铝具有高强度、轻质、耐高温等特性，可用于制造航天器结构件，减轻航 天器重量。
飞机隔音材料
泡沫铝具有优良的隔音性能，可用于飞机舱内隔音材料，提高乘坐舒适度。
泡沫金属的现有制备方法总结
1.2.1浇注法(A)熔体发泡法这种方法的工艺过程是:向熔融的金属中加入增粘剂,使其粘度提高,然后加入发泡剂,发泡剂在高温下分解产生气体,通过气体的膨胀使金属发泡,然后使其冷却下来或者浇注可以得到泡沫金属。
常用的发泡剂为TIHZ、ZrH:等金属氢化物。
(B)颗粒浇注法这种方法通过把熔融金属浇注到充满散状颗粒的模中,而获得具有连通的蜂窝状结构或海绵状结构的泡沫金属。
这些颗粒可以是耐热和可溶的(如氯化钠)时,它们可以从铸件中被浸洗掉,形成具有连通孔隙的多孔金属;当使用松散的非可溶性填料(如多孔陶土球、泡沫玻璃、空心刚玉球、泡沫碳等无机填料)时,则可获得金属一颗粒复合体。
(C)球形颗粒加入法先将金属在塔竭中熔化,然后加入颗粒或中空球并同时进行搅拌,使这些颗粒均匀地分散到金属熔体中去,使金属的温度降低,当金属熔体的粘度足以使金属熔体不再发生偏析和分层时,即颗粒物质在金属熔体中被固定了,此时停止搅拌并让熔体凝固下来。
这种方法适用于制备高熔点的泡沫金属,如泡沫钨等。
(D)失蜡浇注法此法采用液态高熔点物质充填海绵状泡沫塑料的孔隙,使之硬化后,加热使塑料气化而获得海绵状孔隙的铸型。
将液态金属浇入此铸型,冷却凝固后除去高熔点物质后,便得到与原海绵状泡沫塑料模具有相同结构的泡沫金属。
1.2.2沉积法(A)电镀法该方法是将所需的金属镀到经过硬化和化学预镀的聚氨基甲酸乙脂表面上,并达到所需的厚度,再通过热分解法将聚氨基甲酸乙脂去掉,得到具有非常均匀孔隙分布及相当高孔隙率的泡沫金属。
(B)阴极溅镀沉积法通过在一定的惰性气体压力下对一基片进行溅射,从而得到被捕获惰性气体原子均匀分布的金属片,然后把它加热到高于其熔点的温度,并一直加热到足以加热使那些被捕获的气体膨胀,形成具有封闭孔的蜂窝状的泡沫金属。
(C)气相蒸发沉积法在较高的惰性气氛中缓慢蒸发金属材料,形成金属烟。
金属烟在自身重力和惰性气流携带下沉积,疏松地堆砌起来,形成亚微米尺度的多孔泡沫结构。
泡沫铝材料的制备与有限元模拟
泡沫铝材料的制备与有限元模拟泡沫铝材料是一种轻质、高强、具有良好吸声和隔热性能的新型功能材料。
由于其独特的优点，泡沫铝材料在许多领域都具有广泛的应用前景，如汽车、航空航天、建筑和国防等。
因此，研究泡沫铝材料的制备技术与有限元模拟对其性能的影响具有重要意义。
泡沫铝材料的制备方法主要有物理发泡法、化学发泡法和机械搅拌法等。
其中，物理发泡法是最常用的方法，其工艺流程如下：将混合物放入模具中，置于一定温度和压力条件下；发泡剂分解产生气体，导致混合物膨胀，形成泡沫铝材料；通过观察泡沫铝材料的泡孔结构，发现泡孔大小、分布和密度等因素对其性能有较大影响。
同时，泡沫铝材料的力学性能也表现出明显的各向异性，其中沿垂直于泡孔方向的性能较好。
有限元模拟是一种常用的数值分析方法，可以用来预测泡沫铝材料的性能。
在有限元模拟过程中，需要选择合适的材料模型、边界条件和有限元软件。
其中，材料模型需要考虑泡沫铝材料的弹性模量、泊松比和密度等参数；边界条件需要考虑材料的受力情况；有限元软件可选择ANSYS、SolidWorks等。
通过有限元模拟，可以得出泡沫铝材料的应力、应变和疲劳寿命等性能指标。
在应力分析中，发泡剂的加入使得泡沫铝材料的应力水平显著降低；在应变分析中，泡沫铝材料的应变主要发生在泡孔内，并且沿泡孔方向的应变最大；在疲劳寿命分析中，泡沫铝材料的疲劳寿命随着泡孔密度的增加而降低。
通过对泡沫铝材料的制备与有限元模拟研究，发现制备过程中的发泡工艺对泡沫铝材料的性能具有重要影响。
同时，有限元模拟结果表明，泡沫铝材料的应力、应变和疲劳寿命等性能指标受到泡孔结构、密度等因素的影响。
然而，目前的研究还存在一些不足之处，如制备过程中工艺参数的控制、有限元模拟中材料模型的精度等问题需要进一步探讨。
为了更好地应用泡沫铝材料，未来的研究方向可以从以下几个方面展开：优化制备工艺：进一步研究发泡工艺中的关键参数，如发泡剂类型、温度和压力等对泡沫铝材料性能的影响，为实现制备过程的优化提供依据。
超全面泡沫铝制备工艺汇总
超全面泡沫铝制备工艺汇总泡沫铝是一种在金属铝基体中分布有无数气泡的多孔质材料。
其特殊的结构决定了它具有许多致密金属所没有的特殊性能，结构特点如：性能特点包括：泡沫铝性能的优劣主要取决于其孔隙率、孔径、通孔率、孔类型、比表面积等孔结构参数，而其孔结构参数主要取决于制备工艺。
因此泡沫铝的制备技术已成为新材料领域的研究热点。
下面就泡沫铝的制备工艺做详尽介绍：1、固态金属烧结法用这种方法生产的泡沫铝多数具有通孔结构,这是由于大部分固相法通过烧结使铝颗粒互相联结,铝始终保持在固态。
1.1、粉末冶金发泡法工艺原理是将混合铝粉与发泡剂粉,经压缩得到具有气密结构的预制体,加热预制体使发泡剂分解释放出气体,迫使预制体膨胀得到泡沫铝。
粉末冶金发泡法工艺流程：特点：一是与其他方法比较可用的合金成分更为广泛,有利于改善泡沫铝的力学性能;二是可以直接制造形状复杂的部件。
缺点是该方法工艺参数区间较窄,成本较高,制得的泡沫铝尺寸有限。
1.2、散粉烧结法此方法多用于制备泡沫铜。
由于铝粉表面具有的致密氧化膜将阻止颗粒烧结在一起,因此用散粉烧结法制备泡沫铝相对困难。
这时可以通过变形手段破坏氧化膜,使颗粒更易粘结在一起;或加入镁、铜等元素在595~625摄氏度烧结时形成低共熔合金。
这种生产方法包括三个过程:特点：优点是工艺简单、成本低,缺点是孔隙率不高、材料强度低。
如果用纤维代替粉末烧结同样可制得多孔材料。
1.3、粉浆成型法粉浆成型法是将金属铝粉、发泡剂(氢氟酸、氢氧化铝或正磷酸)、反应添加剂和有机载体组成悬浮液,将其搅拌成含有泡沫的状态,然后置入模具中加热焙烧,接着浆开始变粘,并随着产生的气体开始膨胀,最终得到一定强度的泡沫铝。
如果把粉浆直接灌入高分子泡沫中,通过升温把高分子材料热解,烧结后同样可制得开孔泡沫材料。
特点：所制得的泡沫铝强度不高并有裂纹。
1.4、烧结溶解法铝粉与盐粉均匀混合,压制成坯,在压制过程中盐粉基本保持原貌,铝粉发生塑性变形,填充盐粒之间的空隙形成连续的网状基体。
泡沫铝
• 泡沫铝的体积可用排水法测得,体积质量及 孔隙率可用下列公式计算:ρ = m/ V ; < = (γ0 - γ) / γ0 ×100 % · • 式中,ρ为泡沫铝的体积质量; V 为泡沫铝的 体积; m 为泡沫铝的质量; < 为泡沫铝的孔 隙率;γ0为实体铝的体积密度;γ为泡沫铝的 体积密度
• 压制压力对泡沫铝发泡的影响 • 压制一般包括装模、压制、脱模等工序， 将原料混合均匀后,直接压制成型，成型压 力的选择决定了坯的体积质量,也决定了发 泡阶段孔的大小和均匀程度。
• 前者孔隙率在80%以上， 孔径一般为Φ2---5mm， 各孔互不相通； • 后者的孔隙率在60— 75%，孔径一般为 Φ0.8---2mm，各孔相 互连通。
通孔结构
• 它密度小、高吸收冲击能力强、耐 高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音 降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、 耐候性强、有过滤能力、易加工、 易安装、成形精度高、可进行表面 涂装。
3.通透性好
泡沫铝可作为过滤材料，从液体或气体中将固体颗粒过滤出 去，通常，通透性随孔径的增大而增大，但也受表面粗糙度 的影响，开孔结构的泡沫铝具有高的通透性。
4.比表面积大
利用泡沫铝的大的比表面积，达到高的换热性，因此，它是 制造加热器和热交换器的良好材料
5.隔音性强
泡沫铝可以通过孔壁的震动来吸收声音的能量，可以用来消 声、除去噪音。
泡沫铝在纽约101号大街911纪念广场墙壁上的应用
6、泡沫铝产品应用在室内防音工程
泡沫铝应用于工厂和体育馆中的泡沫铝吸音材料
泡沫铝在Jinjoo国立大学剧院室内工程中的应用
泡沫铝应用于变电站和商业街外墙中的泡沫铝吸音板
首尔地铁1号线Dodong中心变电站防音工程中的泡沫铝板
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泡沫铝生产工艺
泡沫铝是一种轻质、高强度、热绝缘的新型材料，广泛应用于建筑、交通工具、电子产品等领域。
以下是泡沫铝的生产工艺的简要介绍：
1. 原料准备：泡沫铝的主要原料是铝粉和发泡剂。
铝粉要求纯度高，颗粒均匀。
发泡剂通常采用细小颗粒的无机盐。
2. 预处理：铝粉经过筛网控制颗粒大小，并进行预处理。
预处理主要包括除湿、烘干和筛分等步骤，以保证原料的质量。
3. 混合：将预处理后的铝粉和发泡剂按一定比例混合。
混合时要保证均匀，以确保后续的发泡过程能够顺利进行。
4. 压制：将混合好的原料放入特殊的模具中，进行压制。
压制过程中需要控制压力和温度，以确保压制出的泡沫铝具有一定的孔隙结构和力学性能。
5. 硬化：压制后的泡沫铝放置在恒温恒湿的环境中进行硬化。
硬化时间一般为几小时到几天，依据具体的工艺和要求进行调整。
6. 烧结：硬化后的泡沫铝需要进行烧结处理，以提高其强度和稳定性。
烧结温度和时间必须严格控制，以防止泡沫铝的过度烧结和变形。
7. 表面处理：根据应用需要，泡沫铝可以进行表面处理，如涂
层、阳极氧化等，以提高其防腐蚀性和装饰性。
8. 检测和包装：生产过程中需要对泡沫铝进行质量检测，包括外观质量、物理性能等。
合格的产品经过检测后进行包装，以保证产品的完整性和安全性。
以上是泡沫铝的生产工艺的简要介绍。
随着技术的进步和需求的不断增加，泡沫铝的生产工艺也在不断改进和完善，以满足市场的需求。
我们相信，随着工艺的不断改进，泡沫铝在未来将有更加广阔的应用前景。