泡沫鋁用可溶性石膏材料的制備

，

(南京電子技術研究所，江蘇南京 210039)

泡沫鋁作為一種輕質高強的功能材料，具有減震、阻燃、屏蔽等特性，在航空航天、雷達等領域具有廣泛的應用前景。國內制備泡沫鋁比較成熟的方法包括熔體發泡法和滲流鑄造法。前者發泡尺寸分布不夠均勻，而后者制備出的材料貫通性不好，易腐蝕[1]。石膏作為一種新型的泡沫鋁母體材料近年來得到廣泛的研究，這種制備方法工藝簡單，操作簡便，所涉及的設備少，所制得的泡沫鋁對母體石膏材料的繼承性好，貫通性好，孔隙均勻[2]。目前，國內泡沫鋁用石膏型材料的配方和工藝還沒有得到完善，制備的材料溶解性和強度等都還沒有完全達到應用指標。筆者通過添加多種助劑的方法，調整工藝以期獲得性能良好的石膏型材料。

1 實驗

綜合國內外的相關資料，選用鋁礬土和MgSO4·7H2O作為改性助劑，其中鋁礬土作為一種礦物原料，可增強石膏型的可塑性，提高強度，減少裂紋的發生，其次來源廣泛，價格低廉。MgSO4·7H2O的主要作用就是提高石膏型在水中的溶解性[3]。選用的配方如表1所示。具體工藝過程為：通過攪拌機攪拌將MgSO4·7H2O完全溶解于水中，添加鋁礬土粉末繼續攪拌，使其在水中分散均勻后添加半水石膏粉末，此時保證持續攪拌，待混合均勻并達到一定黏度后倒入模具，靜置10 min待石膏凝固完全后置于烘箱中100 ℃烘干5 h，最后將樣品置于高溫爐中焙燒到600 ℃保溫2 h，焙燒工藝如圖1所示。實驗過程中，測試膠凝時間、烘干密度、收縮率以及水溶性等參數。制備成10 mm×10 mm×60 mm的試樣測試其抗彎強度。

表1 可溶性石膏材料配方組成 %

圖1石膏材料的焙燒

2 結果與討論

2.1 膠凝時間

在灌漿時漿料應有足夠時間滲透到石膏型的各個部位，另外，膠凝時間減少可相應縮短生產周期，使漿料在灌漿時不易產生分層沉淀現象，應合理控制膠凝時間。所考察的膠凝時間是從攪拌靜置后到凝結所需時間。一般而言，石膏的膠凝時間較長，大概需要0.5 h，MgSO4·7H2O的加入使膠凝時間大大縮短，一般為10～15 min。1#、2#、3#配方制得的石膏材料膠凝時間分別為10、8、7 min。顯然，硫酸鎂的加入量變大能縮短膠凝時間，起到促凝劑的作用。這樣通過調節硫酸鎂的加入量，可以合理控制膠凝時間。

2.2 烘干密度和焙燒密度

表2為可溶性石膏材料的密度參數。從表2可以看出，樣品烘干和焙燒前后密度變化不大，說明膠凝后的材料大多數結晶水在烘干過程中已失去。焙燒后具有一定的收縮，質量有所降低，說明焙燒過程排除了烘干樣品中剩余的結晶水以及樣品中有可能存在的低溫揮發物。相對于半水石膏的含量而言，鋁礬土的比例最大時，也就是2#配方，線收縮率最小，因此可以通過控制鋁礬土的加入量控制體系收縮，減少開裂現象。3種焙燒的樣品表面光滑，均沒有明顯的開裂和粉化現象。

表2 可溶性石膏材料的密度參數

2.3 焙燒樣品的水溶性

樣品的水溶性是石膏型材料的一個關鍵指標，關系到后期泡沫鋁材料中的石膏是否可以順利地除盡。燒制樣品經過水流沖擊，并帶有一定的外力攪拌，考察水溶特性，結果如下： 1#、2#、3#配方制得的樣品水溶時間分別為8、6、15 min。顯然半水石膏的含量顯著影響樣品的水溶性，在配方體系中起溶解作用的是硫酸鎂，而石膏微溶于水，要使樣品迅速溶解，必須提高硫酸鎂含量，避免使石膏在樣品中形成網狀結構。鋁礬土對水溶性沒有顯著影響。

2.4 焙燒樣品的抗彎強度

采用三點彎曲法測得的石膏樣品的抗彎強度如下： 1#、2#、3#配方制得的樣品抗彎強度分別為1.07、1.00、1.44 MPa。通過對比水溶性和抗彎強度可知，焙燒樣品的抗彎強度越高，其水溶性就差一些。提高樣品的抗彎強度的同時，應盡可能保持其具有一定的水溶性，可根據實際應用情況協調好兩者之間的關系。

3 結論

主要研究了MgSO4·7H2O、鋁礬土等對石膏體系膠凝時間、水溶性以及強度等參數的影響。結果表明，MgSO4·7H2O、鋁礬土可有效地改善石膏材料的水溶性和抗彎強度。半水石膏、MgSO4·7H2O、鋁礬土以及水的質量分數分別為16%、14%、35%和35%時，可以獲得性能良好的可溶性石膏材料，為后續泡沫鋁的研制打下了基礎。

[1] 武小娟，孫偉成.泡沫鋁的制備與應用[J].新技術新工藝，2002(4):49-51.

[2] 陳宗雨，郭偉，曾建民.精密鑄造可溶性石膏芯的研究[J].航空精密制造技術，2002，38(3):25-28.

[3] 李海娟，王錄才，王芳，等.可溶石膏型制取泡沫鋁的工藝研究[J].機械工程材料，2004，28(5)：20-21.