【畢業(yè)學(xué)位論文】三維通孔鐵基泡沫的制備及其性能研究-有色金屬冶金

分類號 密級 U D C 編號 士學(xué)位論文 論 文 題 目 : 三維通孔鐵基泡沫的制備及其性能研究研 究 生 姓 名 : 龍波 學(xué) 科、專 業(yè) : 有色金屬冶金 學(xué)院（系、所） : 冶金科學(xué)與工程學(xué)院 指 導(dǎo) 老 師 : 李 劼（教授），周向陽（副教授） 分類號 密級 碩士學(xué)位論文 三維通孔鐵基泡沫的制備及其性能研究 of -D 者姓名： 龍波 學(xué)科專業(yè)： 有色金屬冶金 學(xué)院 （系、 所） ： 冶金科學(xué)與工程學(xué)院 指導(dǎo)教師： 李劼（教授） 副指導(dǎo)教師： 周向陽（副教授） 論文答辯日期 答辯委員會主席 中 南 大 學(xué) 2006 年 4月 I 摘要 多孔金屬材料因其具有透過性良好、機(jī)械強(qiáng)度較高、抗熱震性能優(yōu)秀和比表面積大等性能，現(xiàn)已被廣泛的應(yīng)用于化工、冶金、航空、能源等多個領(lǐng)域。具有三維通孔結(jié)構(gòu)的鐵基泡沫，所具有的獨特三維通孔結(jié)構(gòu)及熔點高等特性，使得其在汽車尾氣處理、煙氣凈化以及冶金流體過濾等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。本論文主要研究了具有三維通孔結(jié)構(gòu)鐵基泡沫的制備工藝， 同時研究了該種泡沫材料的高溫抗腐蝕性能，以及提高其高溫耐蝕性的措施與其中的相關(guān)機(jī)理。主要的研究結(jié)果如下： 通過下述幾個步驟可獲得三維通孔結(jié)構(gòu)的鐵基泡沫，這些步驟包括： (a)將不銹鋼粉末與添加劑 A 配成具有一定固含的不銹鋼料漿： (b) 采用輥壓的方式將料漿灌入預(yù)處理過的聚氨酯海綿泡沫中制成前驅(qū)體； (c)在氬氣保護(hù)下對前驅(qū)體實施燒結(jié)。 對聚氨酯海綿泡沫進(jìn)行預(yù)處理，有利于漿料在海綿中的均勻分布，減少堵孔；當(dāng)料漿中添加劑濃度與固含量范圍分別為 913 5275并且在對浸漿海綿輥壓所取的相對對輥間距與輥壓次數(shù)分別為 35 時，所制得前驅(qū)體中漿料的浸入適中，并且分布均勻；用該前驅(qū)體所制備的成品鐵基泡沫中的孔隙分布均勻，三維通孔性良好，并且其孔筋粗細(xì)基本一致。 對前驅(qū)體實施燒結(jié)時，在燒結(jié)填料中添加 510含氫金屬粉末能提高泡沫金屬的抗氧化性能，并且不需要采取超高純氣體進(jìn)行燒結(jié)保護(hù)，從而可降低燒結(jié)成本；隨著燒結(jié)溫度的升高，燒結(jié)制品的線收縮率增大，開孔率減小，在 12001260之間抗彎強(qiáng)度隨溫度升高而增大，當(dāng)溫度超過 1260后，抗彎強(qiáng)度有所降低；隨著保溫時間的延長，燒結(jié)制品的線收縮率增大，抗彎強(qiáng)度增大，開孔率降低， 但保溫時間對制品線收縮率與抗彎強(qiáng)度的影響幅度明顯小于燒結(jié)溫度。多孔鐵基泡沫的較優(yōu)燒結(jié)工藝參數(shù)為在 1260下保溫時間 30 多孔鐵基泡沫的開孔率隨前驅(qū)體中漿料浸入量的增加而減小，而抗彎強(qiáng)度有所提高；當(dāng)前驅(qū)體中漿料浸入量為 50g/100以獲得孔隙率較高和抗彎強(qiáng)度較大的泡沫材料。 不銹鋼粉末的粒徑對燒結(jié)體的開孔率有一定的影響，但不是非常顯著。粉末粒徑對燒結(jié)體致密化程度與抗彎強(qiáng)度的影響顯著；細(xì)粉末的表面活性大，燒結(jié)驅(qū)動力也大，因而燒結(jié)體的致密化程度高、且其抗彎強(qiáng)度大。 采用恒溫氧化增重法研究了多孔泡沫的高溫抗氧化性能。研究發(fā)現(xiàn)，粉末粒徑的減小以及燒結(jié)溫度的提高均有利于提高制品的抗高溫氧化性能； 同時 發(fā)現(xiàn)單純的 316L 粉末燒結(jié)制品抗高溫氧化性能并不十分優(yōu)良。 在配制制備前驅(qū)體用的料漿時，加入一定量的非金屬含 加劑有利于提高燒結(jié)制品的高溫抗氧化性能。隨含鉻添加劑量的增加，燒結(jié)體的高溫抗氧化性能提高，但當(dāng)該添加劑的加入量超過 10，燒結(jié)制品的高溫氧化增重率變化不再明顯。非金屬含 加劑能改善燒結(jié)體高溫抗氧化性能的機(jī)理是：燒結(jié)體制備過程中該添加劑優(yōu)先氧化，從而阻止了抗氧化性能不強(qiáng)的鐵、鎳氧化膜的形成，也緩解了不銹鋼粉末燒結(jié)時出現(xiàn)的貧鉻現(xiàn)象；燒結(jié)體在高溫氧化時，該含 加劑被優(yōu)先氧化成在高溫下 有優(yōu)異穩(wěn)定性的致密 護(hù)膜，從而達(dá)到了抑制氧分子在其中的滲透及降低了燒結(jié)體氧化速度的目的。 非金屬含 加劑的加入，影響燒結(jié)體的抗彎強(qiáng)度。隨含 加劑加入量的增加，燒結(jié)體的抗彎強(qiáng)度下降。其主要的原因是非金屬含 加劑的自擴(kuò)散系數(shù)比不銹鋼粉末要小得多， 阻礙了粉末顆粒間燒結(jié)頸的長大以及材料的致密化，從而嚴(yán)重影響了制品的力學(xué)性能。 關(guān)鍵詞 鐵基泡沫，三維通孔結(jié)構(gòu)，開孔率，抗彎強(qiáng)度，高溫抗氧化性能 he to so -D as in of of -D of at on of in as -D be by (a) a of by ; (b) by (c) by of is to of in of of in of in 13% 275% by in of 5 a be -D be of %10% of of of of 200 260 , 260 . IV of is of 260 0to be of -D of of in is 0g/100be of an on of of on of of of of by of in of of of to of of at of 16L is of to r is to of of at of r, of at is of 0%. r at is is it e i is so it at r is to be a of in of V of r of of r, of is of r is of it of of 3-D at i 目 錄 摘要. . 錄. .一章 文獻(xiàn)綜述.言.孔金屬的應(yīng)用 .孔材料的制備方法研究現(xiàn)狀. 金屬加工態(tài)為液態(tài)時的泡沫金屬制備工藝. 金屬加工態(tài)為固態(tài)時的泡沫金屬制備工藝. 金屬加工態(tài)為氣態(tài)時的泡沫金屬制備技術(shù). 電沉積制備泡沫金屬技術(shù).基多孔材料研究現(xiàn)狀 . 粉末致密化發(fā)泡技術(shù). 粉末造孔劑混合制備泡沫鋼. 金屬纖維燒結(jié)不銹鋼.論文研究的意義及主要內(nèi)容 .二章 具有三維通孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的鐵基泡沫制備工藝.言 .驗原料與主要實驗設(shè)備 . 主要實驗原料. 主要實驗設(shè)備.維通孔鐵基泡沫的制備工藝流程 . 前驅(qū)體的制備. 本論文擬采取的技術(shù)路線.驗過程中的相關(guān)參數(shù)表征與主要測試方法 . 相關(guān)參數(shù)的表征. 主要測試方法.果與討論 .章小結(jié) .三章 前驅(qū)體制備對三維通孔鐵基泡沫性能的影響.言 .沫海綿預(yù)處理對前驅(qū)體形貌與漿料浸入量的影響 .漿中各組分含量及輥壓參數(shù)對浸漿量與燒結(jié)體形貌的影響 . 料漿中各組分含量對前驅(qū)體中漿料浸入量及燒結(jié)體形貌的影響21 壓參數(shù)對前驅(qū)體中的浸漿量及燒結(jié)體形貌的影響.綿泡沫網(wǎng)眼大小對前驅(qū)體中浸漿量的影響 .驅(qū)體漿料浸入量對制品燒結(jié)性能的影響 . 漿料浸入量對燒結(jié)制品表觀密度的影響. 漿料浸入量對抗彎強(qiáng)度與開孔率的影響.末粒徑對燒結(jié)制品性能的影響 . 粉末粒徑對制品開孔率與抗彎強(qiáng)度的影響. 粉末粒徑影響機(jī)理初探.章小結(jié) .四章 燒結(jié)制度對泡沫材料性能的影響.言 .結(jié)制度的確定. 前驅(qū)體的 析. 燒結(jié)制度確定.果與討論 . 燒結(jié)填料的選擇與影響 . 燒結(jié)溫度與保溫時間對燒結(jié)制品性能的影響 . 優(yōu)化條件下多孔鐵基泡沫的外部形貌與內(nèi)部結(jié)構(gòu) .章小結(jié).五章 泡沫金屬抗高溫氧化性能研究.言 .驗過程 .果與討論. 燒結(jié)填料中含氫化合物的加 入對燒結(jié)制品抗高溫氧化性能的影響. 不同粒度粉末燒結(jié)制品抗氧化性能影響. 燒結(jié)溫度對燒結(jié)制品抗氧化性能影響. 含 加劑 B 對燒結(jié)制品性能的影響.沫金屬氧化動力學(xué) .章小結(jié) .六章 結(jié)論與展望.論 .望 . 考文獻(xiàn).讀碩士學(xué)位期間主要研究成果. 謝. .士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 1 第一章 文獻(xiàn)綜述 言 泡沫金屬是一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)含有很多孔隙的新型功能材料，有的呈骨架結(jié)構(gòu)，有的呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其特性和用途與材料的高孔隙率密切相關(guān)，多種金屬和合金可以用來制備泡沫金屬，如青銅，鎳，鈦，鋁，不銹鋼等。由于泡沫金屬的密度小，孔隙率高，比表面積大，從而使其具有非泡沫金屬所沒有的優(yōu)異特性，作為一種新型功能材料，它在電子，通訊，化工冶金機(jī)械建筑交通運輸中，甚至在航空航天技術(shù)中有著廣泛的用途。 1948 年， 首次進(jìn)行了金屬發(fā)泡的嘗試。為在金屬中獲得孔洞，他在熔融鋁中加入了汞。 1956 年， 采用熱分解氣體作為發(fā)泡劑代替了汞，從而使現(xiàn)代科學(xué)家和工程師在開發(fā)金屬泡沫時就不必考慮汞的毒性了。 80年代初，國際上興起金屬泡沫材料研制，發(fā)現(xiàn)金屬泡沫材料質(zhì)輕、隔音、阻燃、還有很強(qiáng)的吸能本領(lǐng)和電磁屏蔽作用， 因此受到科學(xué)家和國防工業(yè)部門的高度重視。 90 年代起，民用工業(yè)，尤其是建筑業(yè)已開始組織生產(chǎn)，目前日本已上市供應(yīng)大塊泡沫鋁材。 盡管金屬泡沫制備工藝的第一項專利已經(jīng)出現(xiàn)了很多年， 但這種材料尚未實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)。這主要歸咎于以下原因：缺乏足夠的構(gòu)件設(shè)計、性能再現(xiàn)性差、缺乏測試和計算方法、缺乏后處理的基本原理方法、生產(chǎn)技術(shù)太復(fù)雜以及成本相對較高等。目前，金屬泡沫的表征仍不夠完善，對工藝過程的了解也不全面，這就導(dǎo)致了泡沫的可控性不高、性能變化范圍較大的局面，但同時也促進(jìn)了許多的研究機(jī)構(gòu)之間的合作，如美國的多學(xué)科研究機(jī)構(gòu)（ 超輕結(jié)構(gòu)研究項目以及德國的國家研究基金的重點研究項目（ 。對金屬泡沫的深入理解和認(rèn)知，必將有力于過程的控制和性能的改善。有足夠的理由相信，新一代的金屬泡沫有更好的前景3 孔金屬的應(yīng)用 多孔金屬的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，下面將對其應(yīng)用作一簡單的概述10。 1） 用作過濾材料 把通孔泡沫金屬制成適當(dāng)?shù)男螤?，就可以作為過濾材料，從流體（如水，溶液，汽油，潤滑油，冷凍劑，聚合物熔體）中濾出固體或懸浮物。常用的泡沫金碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 2 屬為青銅或不銹鋼，在腐蝕性很強(qiáng)的流體中，則需要采用貴金屬（如 。 2） 用作阻燃材料 泡沫金屬既有很好的流體穿透性又可有效地阻止火焰的傳播， 且自身還有一定的耐火能力，可將其放置在運輸可燃性液體或氣體的管道以防止火焰的傳播。實驗證明 6的泡沫金屬， 就可以阻止由碳?xì)浠衔锶紵?燃燒速度達(dá) 210m/ 3） 用作電極材料 隨著高檔電器的迅速發(fā)展， 可重復(fù)使用的高體積比容量的充電電池消耗也越來越大?？紫堵矢撸?95%）的泡沫金屬對提高電池的這些性能提供了用武之地。 4） 用作減震材料 強(qiáng)大的能量吸收能力使得泡沫鋁有可能用于汽車的保險杠甚至航天器的起落架，也可用于制造升降系統(tǒng)的緩沖器，用作汽車乘客座位前后的可變形材料以改善安全性。 優(yōu)異的減震性能也能使泡沫技術(shù)有可能用作火箭和噴氣發(fā)動機(jī)的支架材料。 5） 用作催化劑載體 化學(xué)反應(yīng)尤其是有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中，催化劑常常起著非常重要的作用，催化劑的表面積也是越大越好，高孔隙率使得泡沫金屬具有大的比表面積。例如，化學(xué)化工行業(yè)中，可直接使用泡沫鎳作催化劑，或?qū)⑴菽囍瞥纱呋瘎┹d體。高孔隙率的泡沫金屬作為支撐可能使催化劑高度分散并發(fā)揮更大的作用， 其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)的優(yōu)越于陶瓷催化劑載體。 6） 用作消聲材料 由于聲音也是一種震動，故聲音透過泡沫金屬時，可在材料內(nèi)發(fā)生散射，干涉，聲能被材料吸收，所以泡沫金屬也可用于聲音的吸收材料。如消聲器，這種消聲器在氣體管道中都有應(yīng)用。 7） 用作自發(fā)汗冷卻材料 把固體冷卻劑熔化滲入由耐熱金屬制成的多孔骨架中，在經(jīng)受高溫時這種 材料內(nèi)部的冷卻劑會熔化成氣體而吸收大量的熱能， 從而使材料在一定時間內(nèi)保持冷卻劑氣化溫度的水平， 逸出的液體和氣體會在材料的表面形成一層液膜或氣膜可把材料與外界高溫環(huán)境隔離，此過程可一直進(jìn)行到冷卻劑耗盡為止，由于冷卻劑相當(dāng)于材料本身“發(fā)汗“，故有自發(fā)汗冷卻材料之稱。 8） 用作發(fā)散冷卻材料 發(fā)散冷卻是一種先進(jìn)的冷卻技術(shù)， 它是迫使氣態(tài)或者液態(tài)的冷卻劑通過多孔材料，使之在材料的表面建立一層連續(xù)，穩(wěn)定的隔熱性能良好的氣體附面層，將材料與熱流隔開，得到非常理想的冷卻效果。 碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 3 泡沫金屬在許多的領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用 ,并且正在不斷的產(chǎn)生新的用戶 ,表11概括了泡沫金屬的基本用途。 表 1 泡沫金屬的用途 領(lǐng)域 用途 建筑 室外建筑材料 ,室內(nèi)裝飾材料 ,天花板 ,滑動門，護(hù)墻板，天棚，間壁活動間壁，計算機(jī)房地板，移動房，陳設(shè)品 機(jī)動車 ， 緩沖材料，緩沖件，減震板，側(cè)門，前面板，輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，地板，室內(nèi)與發(fā)動機(jī)的間壁，室內(nèi)與貨箱的間壁，內(nèi)部用具與裝飾，隔斷 機(jī)械 機(jī)械夾持裝置，升降機(jī)和傳送器的安全墊，告訴磨房床防護(hù)裝置的減震吸能內(nèi)襯 交通運輸 ， 鐵路輕體車輛結(jié)構(gòu)，車廂地板，防火墻，各種集裝箱，船舶結(jié)構(gòu) 航空 宇宙飛船的起落架，空降設(shè)備的保護(hù)，車門，側(cè)壁，船舶隔斷，艙壁，飛機(jī)零部件，電梯，升降機(jī)，托盤，工作臺 電子與通訊 電磁屏蔽室，電子儀器外殼核電屏蔽等場合的結(jié)構(gòu)與功能材料，高速列車發(fā)電機(jī)室，無線電錄音室 民用生活 浴室，衛(wèi)生間設(shè)施，廚房設(shè)施 環(huán)境保護(hù) 制造高性能吸音板和隔音墻，高速公路，鐵路降噪 其他 告示板，鐵路標(biāo)志線，護(hù)欄，包裝材料，黑板，屋面天線，鑄 塑膜，拋光用的電磁旋轉(zhuǎn)拋光輪，海洋開發(fā)器材，網(wǎng)球場地板 ，化油器浮標(biāo)，音響器材，熱交換器，過濾器，耐火阻燃與隔 熱制品，以及其他特殊功能的結(jié)構(gòu)等 隨著環(huán)保要求的日益提高， 泡沫金屬正在取代交通運輸工具中使用的傳統(tǒng)樹脂材料，這不僅簡化和減少了維修，同時也消除了發(fā)泡樹脂在交通車輛事故中所產(chǎn)生的有害煙霧，大大降低了突發(fā)事故的人員死亡率。 孔材料的制備方法研究現(xiàn)狀 現(xiàn)階段用于制備泡沫金屬的方法很多，各種不同的方法可以依照金屬加工時的狀態(tài)而分類。所謂金屬加工時的狀態(tài)，指的是液體金屬、粉末狀的固體金屬、氣態(tài)金屬及離子態(tài)金屬。依照金屬加工時狀態(tài)所劃分的泡沫金屬制備方法如圖12。 碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 4 泡沫金屬 氣態(tài)金屬 液態(tài)金屬 固態(tài)金屬 金屬離子 反應(yīng)沉積 金屬熔體直接發(fā)泡 金屬粉末松裝燒結(jié) 電沉積 蒸發(fā)沉積 固 金屬纖維燒結(jié) 真空蒸鍍 粉末熔煉壓塊技術(shù) 充氣燒結(jié)技術(shù) 鑄造法 料漿發(fā)泡法 濺射法 填充物粉末燒結(jié)法 金屬空心球結(jié)構(gòu) 混合燒結(jié)法 反應(yīng)燒結(jié)法 燒結(jié)粉漿飽和海綿 氧化物還原燒結(jié) 腐蝕造孔法 自蔓延高溫合成 圖 1泡沫金屬制備方法分類 屬加工態(tài)為液態(tài)時的泡沫金屬制備工藝 屬熔體直接發(fā)泡 所謂金屬熔體直接發(fā)泡法， 指的是直接往金屬熔體中通入氣體或加入發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)泡的一類方法。也就是說，根據(jù)發(fā)泡方式的不同，金屬熔體直接發(fā)泡法可分為氣體發(fā)泡法與發(fā)泡劑發(fā)泡法兩種。在上個世紀(jì)六、七十年代，人們就開始嘗試使用金屬熔體直接發(fā)泡法來制備鋁、 鎂、 鋅及基于這些金屬的合金的泡沫13 1）氣體發(fā)泡法 所謂氣體發(fā)泡法， 指的是往金屬熔體中直接通入氣體制備泡沫金屬的一種方法。第一個用這種方法來制備泡沫鋁和鋁合金的是被挪威的海德魯和加拿大的 院 (后者使用該方法并最先被加拿大國際鋁業(yè)公司申請專利權(quán) )16 氣體發(fā)泡法是目前生產(chǎn)泡沫金屬最廉價的方法18，泡沫的尺寸可以控制在 很大的范圍， 生產(chǎn)出的泡沫鋁制品的空隙度可達(dá) 97%。 發(fā)泡用的氣體可以是氧氣、氬氣、空氣、水蒸氣、二氧化碳等。其技術(shù)的關(guān)鍵是熔體應(yīng)具備有合適的粘度，金屬的成分應(yīng)保證足夠?qū)挼臏囟瓤臻g，所形成的泡沫應(yīng)具備有足夠的穩(wěn)定性，以保證泡沫金屬在隨后的成型與收集過程中不會破碎。通常用碳化硅，氧化鋁或氧碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 5 化鎂顆粒作為增粘劑來提高熔體的粘度。圖 1出了氣體發(fā)泡法制備泡沫鋁的過程。該方法盡管可以較廉價地制備出金屬泡沫，但它并不適用于所有金屬泡沫材料的制備，另外，增粘劑的加入會減弱泡沫金屬的韌性等力學(xué)性能19。 圖 1體發(fā)泡法制取泡沫金屬工藝圖 2） 發(fā)泡劑發(fā)泡法 發(fā)泡劑發(fā)泡法指的是在熔融金屬中加發(fā)泡 劑，攪拌均勻后加熱使發(fā)泡劑分解產(chǎn)生氣體，氣體膨脹使金屬液體發(fā)泡，冷卻后即得泡沫金屬固體。圖 10描述了發(fā)泡劑發(fā)泡法制備泡沫鋁的生產(chǎn)過程，其中所用的發(fā)泡劑為 圖 1固一氣低共熔凝固法 (21 該法是近年來發(fā)展的一項制備多孔金屬的新工藝，按其原理也可歸于鑄造法。將充入氫氣的液體金屬通過低共熔點冷卻 ，由于凍結(jié)時氣態(tài)氫析出，在低共熔點同時發(fā)生金屬凝固和氣孔形核。因為低共 熔點的位置取決于系統(tǒng)的壓力，故所制材料的孔率可通過調(diào)節(jié)鑄造腔中的氫氣壓 力來控制。由于溫度對氫在液體金屬中的溶解度影響很大，必須調(diào)整冷卻過程開 始前的熔化溫度與氫壓，以匹配低共熔碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 6 點的氫在熔體中的溶解量。若溫度和壓力 不協(xié)調(diào)，冷卻將不經(jīng)過低共熔點，從而導(dǎo)致具有不均勻細(xì)結(jié)構(gòu)的副共熔相產(chǎn)生。 末熔煉壓塊技術(shù) 22 該技術(shù)的工藝過程是從粉末的混合開始。首先，將金屬粉末或合金粉末與可發(fā)泡的金屬化合物（即發(fā)泡劑）混合，然后將該混合粉末擠壓形成具有一定密度的半成品，最后將該半成品加熱到接近金屬熔點的最高溫度，發(fā)泡劑在加熱的過程中分解，產(chǎn)生的氣體使擠壓塊膨脹，從而得到一種高孔隙的泡沫金屬。該方法實際上可歸到粉末冶金法中，但是由于實際的發(fā)炮過程是在液態(tài)下發(fā)生的，因而也可將這種方法歸類為液態(tài)制備方法。該方法所制備的泡沫材料通常為閉孔。圖1出了該方法制備泡沫金屬的過程。 粉末熔煉壓塊技術(shù)的主要優(yōu)點是可以制備出多種形狀的泡沫材料， 但該技術(shù)同樣存在原材料成本高及不能連續(xù)化生產(chǎn)的缺陷。 圖 1粉末熔煉壓塊技術(shù)制備泡沫金屬過程示意圖 造法 鑄造法主要包括滲流鑄造法與熔模鑄造法兩大類23。 1） 滲流鑄造法 該法所制備的泡沫材料一般為通孔。根據(jù)成型方式，滲流鑄造法主要可分為加壓滲流成型、真空滲流鑄造成型及將加壓與真空結(jié)合起來三種成型模式。圖1 1示出了這三種模式的成型過程示意圖，圖中所用的造孔材料為可去除球。 滲流鑄造法中應(yīng)重點注意的是造孔材質(zhì)的選定、造球的工藝及造孔球的去除。造孔材質(zhì)的選定原則是：來源廣泛，價格便宜，對環(huán)境無污染，對金屬基體發(fā)泡劑 金屬或合金粉末 混料 壓制 加熱 泡沫成品 碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 7 基本無腐蝕，有良好的熱穩(wěn)定性，還應(yīng)容易去除；造球時應(yīng)注意所造之球有一定 圖 1空滲流示意圖 圖 1壓滲流成型示意圖 圖 1組合式滲流成型示意圖 的強(qiáng)度，球的粒徑大小分布合理；在選定造孔球去除工藝時，應(yīng)注意盡可能使所碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 8 選用工藝不會對泡沫金屬產(chǎn)生腐蝕。 2） 熔模鑄造法 熔模鑄造法的實質(zhì)是滲流鑄造。該方法的 制備原理是：先選用具有一定空隙的三維貫通的泡沫海綿材料做母體，然后 用易于去除的耐火材料充入海綿狀泡沫中、經(jīng)干燥硬化形成預(yù)制型，在經(jīng)過焙燒使耐火材料硬化并使泡沫海綿氣化分解，然后將預(yù)制型置于金屬模具中再經(jīng)過滲流 方法鑄造，從而獲得三維通孔的網(wǎng)狀金屬泡沫材料。該方法對母體材料具有良好 的繼承性，空隙三維貫通、結(jié)構(gòu)均勻，但該法骨架強(qiáng)度較低。 濺射法 在一定惰性氣體分壓下，采用陰極濺射的方法在基體材料上沉積夾雜惰性氣體原子的金屬。加熱至金屬熔點以上充分 保溫，使夾雜的氣體膨脹而形成孔隙，冷卻后即得閉孔結(jié)構(gòu)的多孔金屬材料。該 法所得產(chǎn)品的孔隙率可通過控制沉積室中惰性氣體的分壓來控制，范圍可從百分之幾到 80%。 屬加工態(tài)為固態(tài)時的泡沫金屬制備工藝 從圖 1知，金屬加工態(tài)為固態(tài)時的泡沫金屬制備方法很多，這里將簡要介紹幾種重要的泡沫金屬制備方法。 金屬粉末松裝燒結(jié)24謂松散燒結(jié)，指的是將金屬粉末散裝到模具中，依靠燒結(jié)過程中粉末顆粒間的毛細(xì)作用和表面張力形成相互接觸，從而得到多孔金屬。該法制造出的制品的孔隙度為 40%60%。要取得更高的孔隙度，則需向粉末中加入能夠在燒結(jié)過程中分解或揮發(fā)的造孔劑，造孔劑應(yīng)可以通過升華或溶解而去除。松散燒結(jié)技術(shù)可用于生產(chǎn)黃銅過濾器， 以及用于堿性電池和燃料電池電極的鎳隔膜。 在生產(chǎn)鐵、鎳、銅及其它們的合金過濾器中，常用的造孔劑為氯化銨；生產(chǎn)鎳隔膜電極時，常向鎳粉中添加 4%甲基纖維素，制品的孔隙度高達(dá) 70%90%。 金屬纖維燒結(jié) 利用金屬纖維燒結(jié)法可制造出孔隙度控范圍 (50%95%)甚至更大的多孔材料。在相同的孔隙度下，此法所制備所孔材料的強(qiáng)度和韌性比粉末冶金法高出幾倍。纖維燒結(jié)技術(shù)涉及機(jī)加工、拉伸制備金屬及合金纖維，然后通過流態(tài)鑄造或機(jī)械方法將金屬纖維制成氈，最終燒結(jié)以獲得所需的機(jī)械強(qiáng)度與孔隙度網(wǎng)，利用該技術(shù)可以制備各種金屬過濾器，如不銹鋼、銅、鎳、鎳鉻合金等。 充氣燒結(jié)技術(shù)27此法與前面講述的 末熔煉壓塊技術(shù)有點相似，但是該法沒有采用發(fā)泡劑， 而且也沒有熔化金屬。 該法是先將金屬粉末擠壓成一種緊密的前驅(qū)材料，碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 9 在擠壓過程中氣體被充入到材料中；第二步是將這種前驅(qū)材料加熱，由于充入的氣體加熱產(chǎn)生的壓力， 而使得金屬膨脹。 由于膨脹是在一種固態(tài)的情況下發(fā)生的，因而此法并非一個發(fā)泡過程，實際上應(yīng)該算是一種固態(tài)金屬粒子的粘結(jié)過程。 料漿發(fā)泡法 將金屬細(xì)粉和發(fā)泡劑與有機(jī)物一起制成混合料漿后，加熱、發(fā)泡得到固體多孔結(jié)構(gòu)。該法被用來制備 不銹鋼和青銅等多孔材料。 顆粒載體粉末燒結(jié)法 該法與前面講述的 粒滲流法有點類似，不同之處在于此法中的原顆粒載體周圍填滿金屬粉末顆粒，而不是熔化的金屬。陶瓷顆?；蚩招那?，聚合物顆粒，或者空心聚合物球，甚至鹽都可以用來作為顆粒載體28。 將金屬粉末和原顆粒載體擠壓成型后，開始進(jìn)行燒結(jié)如果是聚合物作為填充物，在燒結(jié)過程中，聚合物將被除去，而如