粉末冶金—添加造孔剂法制备开孔泡沫铝及其性能研究

摘要

泡沫铝作为一种新型功能材料,以其独特的结构而具有许多优异的性能,它的应用已经涉及了航天、航空、化工、机械、电子、环保、能源、生物等工业与高新科技领域,正受到越来越广泛的重视,对其制备工艺及性能的研究已经成为当今的研究热点. 本课题采取粉末冶金工艺,用填加造孔剂法,通过压制-溶解-烧结制备开孔泡沫铝.研究了该方法制备泡沫铝的关键工艺过程,探索了实验工艺条件对泡沫铝的形成及性能的影响,确定了制备的最佳工艺参数；研究了不同孔结构及孔隙率、孔径对泡沫铝的影响；比较了不同造孔剂对泡沫铝性能的影响；并对泡沫铝的压缩性能和能量吸收性能进行了研究. 研究结果表明,以不同形状尿素颗粒、NaC1 颗粒为造孔剂,压制-溶解-烧结为步骤的造孔剂法可以制备孔隙率为50﹪～80﹪的开孔泡沫铝,并且工艺简单,孔径、孔形状、孔隙率容易控制.制备开孔泡沫铝的最佳工艺为；压制压力为400MPa；尿素造孔剂溶解工艺为80℃水中溶解5h:烧结工艺为550℃真空烧结3h. 球形孔结构的泡沫铝在性能上优于长条形孔结构、多棱状孔结构的泡沫铝. 尿素为造孔剂制备泡沫铝时,无论从孔结构还是泡沫铝的性能都优于NaC1为造孔剂时制备的泡沫铝,因此尿素颗粒是添加造孔剂方法制备泡沫铝的理想造孔剂材料. 孔径越小,本方法制备的泡沫铝的孔隙率控制精度越高,试验的可重复性越好.相同孔隙率下,泡沫铝的孔径越大,其压缩性能越好.相同孔径下,泡沫铝的压缩曲线随孔隙率的升高快速下降,泡沫铝的弯曲性能随孔隙率的降低而升高.本试验制得的开孔泡沫铝的压缩强度和经典理论计算所得到的结果一致.泡沫铝的能量吸收性能随孔隙率的增大而变差,能量吸收率随孔隙率的增大而减小.本工艺制得的泡沫铝试样的抗压强度范围在0.2～5.5MPa,能量吸收效率约为41.3﹪.

目录

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第一章绪论

1.1引言

1.2泡沫铝的结构及性能特点

1.2.1结构参数

1.2.2性能特点

1.3泡沫铝的制备方法

1.3.1液相法

1.3.2固相法

1.3.3电沉积法

1.4泡沫铝的应用及展望

1.4.1泡沫铝作为结构材料的应用

1.4.2泡沫铝作为功能材料的应用

1.5本课题的研究背景及研究内容

1.5.1本课题研究背景

1.5.2本课题研究内容

第二章泡沫铝的制备及试验方法

2.1试验材料

2.1.1基体金属的选择

2.1.2造孔剂的选择

2.2试验设备及仪器

2.3试样制备及试验方法

2.3.1原料准备

2.3.2粉末混合

2.3.3粉末压制

2.3.4造孔剂去除

2.3.5真空烧结

2.4测试方法及设备

2.4.1压坯致密度的计算

2.4.2孔隙率的计算

2.4.3金相组织观察

2.4.4宏观孔结构观察

2.4.5扫描电镜分析

2.4.6压缩性能试验

2.4.7三点弯曲性能测试

第三章开孔泡沫铝的制备工艺和孔结构与性能的关系

3.1引言

3.2压制压力的影响

3.3烧结工艺最优化

3.3.1烧结过程中试样的体积收缩

3.3.2最佳烧结温度和烧结时间的确定

3.3.3烧结过程理论分析

3.4孔结构对泡沫铝性能的影响

3.4.1造孔剂形状对泡沫铝孔结构的影响

3.4.2不同孔结构对泡沫铝压缩性能的影响

3.5尿素造孔剂和氯化钠造孔剂对泡沫铝组织的影响

3.6本章小结

第四章不同球形孔泡沫铝压缩性能及能量吸收性能

4.1引言

4.2孔径及孔隙率对泡沫铝性能的影响

4.2.1孔径对泡沫铝压缩性能的影响

4.2.2孔径对试验可重复性的影响

4.2.3孔隙率对泡沫铝性能的影响

4.2.4泡沫铝的压缩特性

4.3压缩强度的计算与拟合

4.4泡沫铝的能量吸收性能

4.5本章小结

第五章结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况

致谢