泡沫鋁材料的制備方法及應用研究

蘇旭東 任志菲

摘要：本文分析了泡沫鋁材料不同于其他金屬的優良性能，并介紹了目前泡沫鋁材料采用的制備方法及其應用研究現狀，最后指出了今后研究泡沫鋁材料的發展方向。

關鍵詞：泡沫鋁 ?制備方法 ?應用

1 概述

所謂泡沫鋁材料，就是由鋁或是鋁合金基體與氣孔

（閉孔或通孔）進行復合而得到的一種結構一體化的具有輕質功能的新型材料。由于其自身結構的特殊性，使其具有不同于其他金屬的特殊性能，如高孔隙率和比表面積，還有較強的能量吸收性、高的比強度、抗沖擊性能、電磁屏蔽、高阻尼等優良的性能，使得其在各個領域得到了廣泛的應用。其性能的好壞主要由制備方法來決定，因此，本文主要對其制備方法和應用現狀進行了分析。

2 泡沫鋁材料的制備方法

2.1 粉末冶金發泡法 粉末冶金發泡法是指將鋁或是鋁合金的粉末和發泡劑（一般為TiH2） 根據一定的比例進行配制并均勻混合，使其在給定的壓力之下被壓縮成較為致密的預制胚體，之后通過軋制、模鍛或擠壓等方法將其加工為半成品，然后放入規定形狀的鋼模內，溫度被加熱到預制體的熔點，與發泡劑產生的氣泡混合得到閉孔泡沫鋁材料。

2.2 熔體發泡法 熔體發泡法中主要應用的兩種方法是直接吹氣法和發泡劑發泡法，它的發泡過程是在液相中完成。前者是向金屬熔融液中均勻混合分散SiC、Al2O3等，利用特制的旋轉噴頭對底部吹入氣體形成氣孔后進行冷卻和凝固。后者是將發泡劑和金屬熔融體混合均勻，使得氣體膨脹得到泡沫金屬。

2.3 熔模鑄造法 熔模鑄造法是指把已準備好的泡沫塑料裝入具有一定形狀的模具中，并向其中加入液態的耐火材料，耐火材料在硬化過程中會使泡沫塑料達到氣化的條件，之后把液態的金屬熔融液澆鑄到模具中，當液體冷卻之后即可達到耐火材料與金屬分離的目的，從而得到與模具形狀一樣的泡沫鋁材料。

2.4 滲流鑄造法 滲流鑄造法是將經過預先處理的填料顆粒放入相應的模具內并壓實，之后在壓力的作用下使得金屬液流入到顆粒之間的縫隙中，然后溶除預制體顆粒，從而得到多孔的泡沫鋁材料。

2.5 沉積法 原子濺射沉積法、金屬氣相蒸發沉積法、電化學沉積法及反應沉積法等方法都屬于沉積法，在這里不再一一贅述。

2.6 中空球燒結法 中空球燒結法是利用金屬中空球燒結，從而達到其進行擴散和結合，兼有通孔和閉孔的多孔泡沫鋁材料得以制備出。

2.7 二次發泡法 二次發泡法綜合了粉末冶金和熔體發泡法的優點，是一種新型的制備方法。主要是通過向金屬熔體中均勻混入增粘劑，使其達到適宜的溫度和粘度之后，使得預先處理好的發泡劑（TiH2）在其中均勻分散，在其分解前注入成型模具，冷卻后就可得到發泡先驅體，其中的TiH2在加熱到一定的溫度時，就會分解并發泡，從而制得泡沫鋁材料。

2.8 固-氣共晶凝固法 固-氣共晶凝固法也是一種新型的制備方法，它首先是通過低共熔點將充入氫氣的液體金屬冷卻，在定向凍結時氣態氫析出，在低共熔點發生金屬凝固和氣孔形核，然后氣孔長大，得到藕狀孔結構的多孔金屬材料。

3 泡沫鋁材料的應用

3.1 泡沫鋁材料作為結構材料的應用 由于泡沫鋁自身高孔隙率、輕質和高比強度的特性，使其可以作為輕質的復合夾芯管或夾層板的理想的填充材料，克服傳統蜂窩夾層材料的各向異性。除此之外，還用于汽車零件中的組成材料，可促進汽車行業的發展。除此之外，泡沫鋁材料還用于航空航天領域，波音公司嘗試將其制成直升飛機的尾架。其在建筑領域的應用也不可小覷，研究人員將泡沫鋁材料制成又輕又硬且耐火的元件、欄桿或支撐體。

3.2 泡沫鋁材料作為功能材料的應用 具有良好的能量吸收和阻尼是泡沫鋁材料的一個優勢性能，所以可用于制成吸收及減震材料，例如在汽車的保險杠、航天中返回艙及登月艙的緩沖材料、宇宙飛船的升降機等得以應用。利用泡沫鋁材料的消聲減震特性及阻尼特性，可取代傳統的吸聲材料，可用于建筑行業的辦公設備、無線電的錄音室、汽車、火車減震、消聲等。此外，泡沫鋁還能用作電磁屏蔽材料，尤其是可以在電磁波高頻區體現良好的屏蔽性，目前廣泛用于建設電子裝備室和電子儀器的屏蔽材料。泡沫鋁材料還具有良好的流體傳輸動力，在航空設備的熱交換器、能源動力用緊湊式散熱片以及空氣冷卻用冷凝塔等設備中采用這種泡沫金屬可增強其熱交換能力。除此之外，泡沫鋁材料還可用作隔熱材料及過濾材料等等。

4 結語

由于泡沫鋁具有各方面的優異性能，使得國內外學者對其制備方法進行了廣泛的研究，使得其應用范圍越來越廣泛。但是從國內外研究現狀來看，國外發展較快，我國對于泡沫鋁的制備技術較為成熟，但是在工業化生產中仍存在許多問題，使其的應用領域受到了限制，多數的應用研究仍處于實驗室研究階段。因此，我國的相關技術人員應對其工業化生產方面及推廣應用方面進行更加深入的研究，從而推動相關產業的發展。

參考文獻：

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作者簡介：蘇旭東（1985-），男，寧夏銀川人，助理工程師，學士學位;任志菲（1986-），女，寧夏銀川人，學士學位。