泡沫金屬的開發(fā)、應(yīng)用與發(fā)展參考文檔

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 九年十一月 1 南京航空航天大學(xué) 主要內(nèi)容 1 泡沫金屬的各發(fā)展階段2 泡沫金屬的突出特點及應(yīng)用3 各種泡沫金屬的制備方法 優(yōu)缺點及產(chǎn)品應(yīng)用范圍4 泡沫金屬技術(shù)最新發(fā)展動態(tài) 2 南京航空航天大學(xué) 1泡沫金屬的各發(fā)展階段 3 南京航空航天大學(xué) 2泡沫金屬的突出特點及應(yīng)用 1 4 南京航空航天大學(xué) 2泡沫金屬的突出特點及應(yīng)用 1 各種輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)的比較 5 南京航空航天大學(xué) 2泡沫金屬的突出特點及應(yīng)用 1 實例 6 南京航空航天大學(xué) 2泡沫金屬的突出特點及應(yīng)用 2 7 南京航空航天大學(xué) 2泡沫金屬的突出特點及應(yīng)用 2 實例 8 南京航空航天大學(xué) 2泡沫金屬的突出特點及應(yīng)用 3 9 南京航空航天大學(xué) 2泡沫金屬的突出特點及應(yīng)用 3 實例 10 南京航空航天大學(xué) 2泡沫金屬的突出特點及應(yīng)用 4 11 南京航空航天大學(xué) 2泡沫金屬的突出特點及應(yīng)用 實例 12 南京航空航天大學(xué) 各種泡沫金屬的制備方法及其優(yōu)缺點 產(chǎn)品應(yīng)用范圍 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 13 南京航空航天大學(xué) 3 1鑄造法 3 1 1熔模鑄造法 14 南京航空航天大學(xué) 3 1 1熔模鑄造法 15 南京航空航天大學(xué) 3 1 1熔模鑄造法 熔模鑄造法制備的泡沫金屬優(yōu) 缺點 優(yōu)點 孔結(jié)構(gòu)易于控制 孔連通 孔隙率高 約為80 97 缺點 工藝過程環(huán)節(jié)多 生產(chǎn)效率低 價格高 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 16 南京航空航天大學(xué) 3 1 2滲流鑄造法 滲流鑄造法原理示意 17 南京航空航天大學(xué) 3 1 2滲流鑄造法 滲流鑄造法產(chǎn)品樣件 18 南京航空航天大學(xué) 3 1 2滲流鑄造法 滲流鑄造制備的泡沫金屬優(yōu) 缺點 優(yōu)點 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 孔隙率受限 最大孔隙率可達(dá)80 生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜 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 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 19 南京航空航天大學(xué) 3 1 3中空球法 中空球法原理示意 20 南京航空航天大學(xué) 3 1 3中空球法 微細(xì)中空球泡沫顯微形貌 21 南京航空航天大學(xué) 3 1 3中空球法 中空球法的泡沫金屬優(yōu) 缺點 優(yōu)點 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 孔隙率只能在一定范圍一般為40 55 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 22 南京航空航天大學(xué) 3 2發(fā)泡法 3 2 1氣體發(fā)泡法 氣體注入法原理示意圖 23 南京航空航天大學(xué) 3 2 1氣體發(fā)泡法 氣體發(fā)泡金屬泡沫試樣外觀 24 南京航空航天大學(xué) 3 2 1氣體發(fā)泡法 氣體發(fā)泡法制備的泡沫金屬優(yōu) 缺點 優(yōu)點 成本低廉 生產(chǎn)效率高 可達(dá)到較高孔隙率 約為80 97 5 缺點 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 產(chǎn)品應(yīng)用 用于制造隔熱 緩沖等元件 該材料的壓制板可作為力學(xué)性能要求不高的板料 25 南京航空航天大學(xué) 3 2 2熔融金屬發(fā)泡法 熔融金屬發(fā)泡法原理示意圖 26 南京航空航天大學(xué) 3 2 2熔融金屬發(fā)泡法 熔融金屬發(fā)泡法試樣放大后的外觀形貌 27 南京航空航天大學(xué) 3 2 2熔融金屬發(fā)泡法 熔融金屬發(fā)泡法制備的泡沫金屬優(yōu) 缺點 優(yōu)點 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91 93 缺點 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 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 28 南京航空航天大學(xué) 3 2 3粉體發(fā)泡法 熔融金屬發(fā)泡法原理示意圖 29 南京航空航天大學(xué) 3 2 3粉體發(fā)泡法 粉體發(fā)泡法試樣放大后的外觀形貌 30 南京航空航天大學(xué) 3 2 3粉體發(fā)泡法 粉體發(fā)泡法制備的泡沫金屬優(yōu) 缺點 優(yōu)點 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 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 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 31 南京航空航天大學(xué) 3 3 1電沉積法 3 3沉積法 原理 電沉積法泡沫金屬是先將聚氨酯軟泡沫放入除油劑溶液中除油 然后依次經(jīng)過粗化 敏化 活化 解膠 化學(xué)鍍 電鍍的過程就可以制得含有機(jī)基體的泡沫銅 然后將其進(jìn)行焚燒 去除聚氨酯有機(jī)基體 再進(jìn)行燒結(jié)還原處理 可獲得泡沫金屬 32 南京航空航天大學(xué) 3 3 1電沉積法 電沉積泡沫銅的放大結(jié)構(gòu) 用于過濾的電沉積泡沫銅 33 南京航空航天大學(xué) 3 3 1電沉積法 電沉積法制備的泡沫金屬優(yōu) 缺點 優(yōu)點 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 電沉積法的主要缺點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 成本較高 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 34 南京航空航天大學(xué) 3 3 2噴射電沉積法 原理 在工件 陰極 和噴嘴 陽極 之間施加一定的電壓 同時電解液高速噴射到陰極基板上 在噴射覆蓋區(qū) 陰極與陽極通過電解液構(gòu)成回路 此時噴射覆蓋區(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 35 南京航空航天大學(xué) 3 3 2噴射電沉積法 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 36 南京航空航天大學(xué) 3 3 2噴射電沉積法 噴射電沉積法制備的泡沫金屬優(yōu) 缺點 優(yōu)點 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 孔結(jié)構(gòu)均勻性差 產(chǎn)品應(yīng)用 可用于電極 散熱 凈化填充等器件制造 37 南京航空航天大學(xué) 3 4燒結(jié)法 3 4 1金屬粉末燒結(jié)法 原理 將金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)FeNi Cu 或其合金多孔體時 常加入甲基纖維素作疏松劑 孔率可提高到70 90 38 南京航空航天大學(xué) 3 4 1金屬粉末燒結(jié)法 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 39 南京航空航天大學(xué) 3 4 1金屬粉末燒結(jié)法 金屬粉末燒結(jié)法制備的泡沫金屬優(yōu) 缺點 優(yōu)點 成本不高 生產(chǎn)效率較高 孔隙率可達(dá)70 90 不同材質(zhì)有所差異 可用于多種泡沫金屬制造 缺點 孔隙分布和孔隙大小不均勻 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 40 南京航空航天大學(xué) 3 4 2金屬纖維燒結(jié)法 原理 以金屬纖維作原料 在較高溫度時物料產(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 41 南京航空航天大學(xué) 3 4 1金屬粉末燒結(jié)法 短纖維泡沫金屬 42 南京航空航天大學(xué) 3 4 2金屬纖維燒結(jié)法 金屬纖維燒結(jié)法制備的泡沫金屬優(yōu) 缺點 優(yōu)點 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 力學(xué)性能不高 產(chǎn)品應(yīng)用 用于過濾元件 電極 燃料電池的制造 43 南京航空航天大學(xué) 泡沫金屬發(fā)展動態(tài) 1 2000年 美國能源部啟動FreedomCar項目 定下了2006年和2012年分別達(dá)到汽車自重減輕40 和60 的目標(biāo) 其主要實現(xiàn)手段就是開發(fā)輕質(zhì)高強(qiáng)材料 德國在1999年啟動一個在政府和汽車制造商支持下的幾十所大學(xué) 研究所參加的關(guān)鍵泡沫金屬材料大型研究項目 側(cè)重于這些材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用前景 44 南京航空航天大學(xué) 泡沫金屬發(fā)展