泡沫铝材料的制备方法及应用研究

苏旭东 任志菲

摘要：本文分析了泡沫铝材料不同于其他金属的优良性能，并介绍了目前泡沫铝材料采用的制备方法及其应用研究现状，最后指出了今后研究泡沫铝材料的发展方向。

关键词：泡沫铝  制备方法  应用

1 概述

所谓泡沫铝材料，就是由铝或是铝合金基体与气孔

（闭孔或通孔）进行复合而得到的一种结构一体化的具有轻质功能的新型材料。由于其自身结构的特殊性，使其具有不同于其他金属的特殊性能，如高孔隙率和比表面积，还有较强的能量吸收性、高的比强度、抗冲击性能、电磁屏蔽、高阻尼等优良的性能，使得其在各个领域得到了广泛的应用。其性能的好坏主要由制备方法来决定，因此，本文主要对其制备方法和应用现状进行了分析。

2 泡沫铝材料的制备方法

2.1 粉末冶金发泡法 粉末冶金发泡法是指将铝或是铝合金的粉末和发泡剂（一般为TiH2） 根据一定的比例进行配制并均匀混合，使其在给定的压力之下被压缩成较为致密的预制胚体，之后通过轧制、模锻或挤压等方法将其加工为半成品，然后放入规定形状的钢模内，温度被加热到预制体的熔点，与发泡剂产生的气泡混合得到闭孔泡沫铝材料。

2.2 熔体发泡法 熔体发泡法中主要应用的两种方法是直接吹气法和发泡剂发泡法，它的发泡过程是在液相中完成。前者是向金属熔融液中均匀混合分散SiC、Al2O3等，利用特制的旋转喷头对底部吹入气体形成气孔后进行冷却和凝固。后者是将发泡剂和金属熔融体混合均匀，使得气体膨胀得到泡沫金属。

2.3 熔模铸造法 熔模铸造法是指把已准备好的泡沫塑料装入具有一定形状的模具中，并向其中加入液态的耐火材料，耐火材料在硬化过程中会使泡沫塑料达到气化的条件，之后把液态的金属熔融液浇铸到模具中，当液体冷却之后即可达到耐火材料与金属分离的目的，从而得到与模具形状一样的泡沫铝材料。

2.4 渗流铸造法 渗流铸造法是将经过预先处理的填料颗粒放入相应的模具内并压实，之后在压力的作用下使得金属液流入到颗粒之间的缝隙中，然后溶除预制体颗粒，从而得到多孔的泡沫铝材料。

2.5 沉积法 原子溅射沉积法、金属气相蒸发沉积法、电化学沉积法及反应沉积法等方法都属于沉积法，在这里不再一一赘述。

2.6 中空球烧结法 中空球烧结法是利用金属中空球烧结，从而达到其进行扩散和结合，兼有通孔和闭孔的多孔泡沫铝材料得以制备出。

2.7 二次发泡法 二次发泡法综合了粉末冶金和熔体发泡法的优点，是一种新型的制备方法。主要是通过向金属熔体中均匀混入增粘剂，使其达到适宜的温度和粘度之后，使得预先处理好的发泡剂（TiH2）在其中均匀分散，在其分解前注入成型模具，冷却后就可得到发泡先驱体，其中的TiH2在加热到一定的温度时，就会分解并发泡，从而制得泡沫铝材料。

2.8 固-气共晶凝固法 固-气共晶凝固法也是一种新型的制备方法，它首先是通过低共熔点将充入氢气的液体金属冷却，在定向冻结时气态氢析出，在低共熔点发生金属凝固和气孔形核，然后气孔长大，得到藕状孔结构的多孔金属材料。

3 泡沫铝材料的应用

3.1 泡沫铝材料作为结构材料的应用 由于泡沫铝自身高孔隙率、轻质和高比强度的特性，使其可以作为轻质的复合夹芯管或夹层板的理想的填充材料，克服传统蜂窝夹层材料的各向异性。除此之外，还用于汽车零件中的组成材料，可促进汽车行业的发展。除此之外，泡沫铝材料还用于航空航天领域，波音公司尝试将其制成直升飞机的尾架。其在建筑领域的应用也不可小觑，研究人员将泡沫铝材料制成又轻又硬且耐火的元件、栏杆或支撑体。

3.2 泡沫铝材料作为功能材料的应用 具有良好的能量吸收和阻尼是泡沫铝材料的一个优势性能，所以可用于制成吸收及减震材料，例如在汽车的保险杠、航天中返回舱及登月舱的缓冲材料、宇宙飞船的升降机等得以应用。利用泡沫铝材料的消声减震特性及阻尼特性，可取代传统的吸声材料，可用于建筑行业的办公设备、无线电的录音室、汽车、火车减震、消声等。此外，泡沫铝还能用作电磁屏蔽材料，尤其是可以在电磁波高频区体现良好的屏蔽性，目前广泛用于建设电子装备室和电子仪器的屏蔽材料。泡沫铝材料还具有良好的流体传输动力，在航空设备的热交换器、能源动力用紧凑式散热片以及空气冷却用冷凝塔等设备中采用这种泡沫金属可增强其热交换能力。除此之外，泡沫铝材料还可用作隔热材料及过滤材料等等。

4 结语

由于泡沫铝具有各方面的优异性能，使得国内外学者对其制备方法进行了广泛的研究，使得其应用范围越来越广泛。但是从国内外研究现状来看，国外发展较快，我国对于泡沫铝的制备技术较为成熟，但是在工业化生产中仍存在许多问题，使其的应用领域受到了限制，多数的应用研究仍处于实验室研究阶段。因此，我国的相关技术人员应对其工业化生产方面及推广应用方面进行更加深入的研究，从而推动相关产业的发展。

参考文献：

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作者简介：苏旭东（1985-），男，宁夏银川人，助理工程师，学士学位;任志菲（1986-），女，宁夏银川人，学士学位。