Naujos funkcinės medžiagos aliuminio putų tyrimų pažanga

1. Įvadas

Aliuminio putplastis yra naujo tipo funkcinė medžiaga, kuri yra putplastis{0}}kaip ultra-lengvas metalas su daugybe burbuliukų, išsisklaidžiusių metalinėje aliuminio matricoje, o bendras poringumas yra 40–98 proc. 1948 m. Sonik pasiūlė aliuminio putplasčio paruošimo metodą, išgarinant ir putojant gyvsidabrį aliuminyje, o 1951 m. Elliotas sėkmingai paruošė putotąjį aliuminį. 1960 m. American Ethyl Company tapo mokslinių tyrimų centru aliuminio putų kūrimui. 1991 m. Japonijos Kyushu pramoninių metalų institutas sukūrė putplasčio aliuminio industrializavimo procesą, o dabar didelės ir mažos dalys gali būti gaminamos metalo putojimo ir perkoliacijos metodais. Iki šiol JAV, Japonija, Jungtinė Karalystė, Prancūzija, Kanada ir kitos šalys paeiliui sukūrė keletą techninių patentų. Mano šalyje taip pat buvo atliktas tam tikras tiriamasis darbas, susijęs su pagrindiniais putplasčio aliuminio paruošimo proceso tyrimais, ir buvo padaryta tam tikra pažanga.

Aliuminio putos turi daug puikių savybių dėl savo unikalios struktūros. Jis pasižymi ne tik lengvomis poringų medžiagų savybėmis, bet ir puikiomis mechaninėmis savybėmis bei šiluminėmis, elektrinėmis ir kitomis fizinėmis metalų savybėmis, tokiomis kaip prasiskverbimas, slopinimas, energijos sugertis, didelis specifinis paviršiaus plotas, elektromagnetinis ekranavimas ir kitos savybės. Dabar pagrindinės putplasčio aliuminio naudojimo sritys yra: ugniai atsparios ir{0}}garsą sugeriančios plokštės, smūgio energiją sugeriančios medžiagos, statybinės plokštės, puslaidininkinės dujų difuzijos plokštės, šilumokaičiai, elektromagnetinis ekranavimas ir pan. Jis gali būti naudojamas metalurgijos, chemijos pramonės, kosmoso, laivų statybos, elektronikos, automobilių gamybos ir statybos srityse, o taikymo sritis nuolat plečiasi.

2. Aliuminio putplasčio paruošimo būdas

2.1 Liejimo būdas

Liejimo metodas plačiai naudojamas putplasčio aliuminio gamyboje, o paruošimo būdas yra gana subrendęs. Toliau pateikiami keli susiję metodai.

2.1.1 Pratekėjimo liejimo būdas

Perkoliacinio liejimo metodas yra aukštos -temperatūros skysto metalo aliuminio infiltravimas į užpildo dalelių tuštumas esant tam tikram slėgiui ir po sukietėjimo pašalinamos aliuminio lydinyje esančios tirpios dalelės, ty gaunamas putplasčio aliuminis su sujungta ląstelės struktūra. Šį metodą galima dar suskirstyti į viršutinio slėgio infiltracijos liejimo metodą ir neigiamo slėgio infiltracijos liejimo metodą. Viršutinio slėgio sieros liejimo metodas yra elektrodo medžiaga, pasižyminti stipriu, dideliu laidumu, puikiu šilumos perdavimu ir atsparumu šliaužimui, palyginti su neigiamo slėgio infiltracijos liejimo metodu.

(3) Al2O3 dispersija-sustiprinto vario elektrodų, skirtų suvirinti 1,5 mm storio aliuminuoto plieno plokštes, vidutinė eksploatavimo trukmė yra 7200 taškų, o tai puikiai atitinka CPT sprogimui atsparaus juostinio suvirinimo poreikius.

Jo pranašumai yra paprastas proceso veikimas, greitas pakaitinimo greitis, didelis našumas ir derlius, didelis saugos koeficientas, mažos investicijos į įrangą ir lengva mechanizuota gamyba. Tarp jų labai svarbus yra užpildo dalelių parinkimas ir apdorojimas, kuris pasižymi šiomis charakteristikomis: pakankamas atsparumas karščiui, netirpimas pylimo temperatūroje; pakankamas stiprumas ir standumas, nesulaužytas ir nedeformuotas veikiant prasisunkimo slėgiui; geras pašalinimas Užpildo daleles trimatėse{0}}porose galima visiškai pašalinti tirpikliu arba vandeniniu tirpalu, kai aliuminio skystis sukietėja; cheminis stabilumas, nereaguoja su aliuminio skysčiu. Šį metodą paprasta naudoti, o vidutinis poringumas gali siekti 70 proc., o tai patogu didelės apimties- gamybai. Šiuo metu perkoliacijos metodas naudojamas ne tik aliuminio putplasčio gamyboje, bet ir putplasčio medžiagų, tokių kaip cinkas, magnis, švinas, alavas ir geležis, gamyboje, kurios gali būti naudojamos sudėtingų formų detalėms gaminti.

2.1.2 Rutulio pridėjimo metodas

Rutulio pridėjimo būdas yra į skystą aliuminio lydinį įpilti dalelių arba tuščiavidurių rutulių, sustiprinti maišymą ir išpilti aliuminio skystį, kuris vis dar yra santykiniame sraute, kad būtų gautas aliuminio lydinys ir dalelių kompozicija, o tada ištirpinama ir pašalinama aliuminio lydinio matrica. . Tirpios dalelės ir susietos{0}}ląstelinės aliuminio putos.

2.1.3 Investicijų atmetimo metodas

Pirmiausia kaip pagrindinė medžiaga naudojama trimatė-ištisinė tam tikro poringumo putų kempinė, o po to lengvai--pašalinama ugniai atspari medžiaga įpilama į kempinę{{ 3}}kaip putplastis, džiovinamas ir sukietinamas, kad susidarytų surenkama forma, o po to išdeginama, kad ugniai atspari medžiaga sukietėtų ir pagamintų. Putplasčio kempinė išgarinama ir suyra, o tada ruošinys dedamas į metalinę formą, supilamas į išlydytą metalą, ir veikiamas tam tikras slėgis arba atliekamas vakuuminis liejimas, kad formos poros būtų užpildytos išlydytu metalu, o atvėsus jis pašalinamas. Ugniai atsparios medžiagos bloką galima gauti trimačiu tinkle-per-ląstelinę aliuminio putą. Aliuminio putos, pagamintos naudojant šį liejimo paruošimo procesą, turi gerą trijų-matmenų prasiskverbimą, šis procesas yra labai įvairus, yra ne-ėsdinantis ir turi gerą perspektyvą skysčių gamyboje. -pralaidūs produktai.

2.1.4 Putojimo metodas

Yra dviejų tipų dujų putojimo metodas ir metalo skysčio putojimo metodas. Dujų putojimo būdas yra įpūsti dujas į išlydyto metalo lydalą, kad metalo lydalas būtų putojantis. Putojimui naudojamos dujos gali būti deguonis, argonas, oras, vandens garai, anglies dioksidas ir kt. Techniškai svarbu, kad lydalas būtų tinkamo klampumo, metalo sudėtis turėtų užtikrinti pakankamai platų putojimo temperatūros diapazoną, susidariusios putos turi būti pakankamai stabilios, kad putos nesulūžtų tolesnio surinkimo ir formavimo metu. Dujų putojimo metodas šiuo metu yra pigiausias metalo putplasčio gamybos būdas. Putplasčio dydis yra labai didelis, o putų aliuminio gaminių poringumas gali siekti 97 procentus. Ankstyvosiomis dienomis buvo plačiai naudojamas skysto metalo putojimo metodas, daugiausia pridedant TiH2, ZrH2, CaH2 ir kitų putojančių medžiagų į skystą aliuminio lydinį, o po to kaitinant, kad putojantis agentas suskaidytų, kad išsiskirtų dujos, ir dujų išsiplėtimas. aliuminio lydinys paverčiamas putomis, o po to atšaldomas. Tai yra, gaunamas putplasčio aliuminio produktas. Šiuo metodu paruoštos aliuminio putos priklauso uždarų -ląstelių aliuminio putoms. Porų struktūra ir poringumas yra susiję su išlydyto metalo klampumu ir putojimo trukme. Kontroliuojant išlydyto metalo klampumą ir putojimo laiką lydymosi proceso metu, galima kontroliuoti poringumą. Tačiau poros yra nepriklausomos viena nuo kitos, jų dydis ir pasiskirstymas netolygus, o kontrolė sudėtinga.

2.1.5 Eutektinis kietėjimo metodas

Dujos turi tam tikrą tirpumą išlydytame metale ir didėja didėjant slėgiui ir temperatūrai. Kai dujų tirpumas metale pasiekia iš anksto nustatytą vertę, metalas ir dujų fazė eutektiškai kietėja, kad gautų norimą aliuminio putą. , tiksliai kontroliuojant aušinimo sąlygas (slėgį, aušinimo greitį, šilumos išsklaidymo kryptį), galima gauti izotropines ir anizotropines didelio -poringumo aliuminio putas su įvairių porų formomis [18].

2.2 Nusodinimo metodas

2.2.1 Purškimo metodas

Purškimo metodas yra naudoti purškimo technologiją, kad milteliai tolygiai purškiami inertinėmis dujomis ant aliuminio lydinio metalo ir kaitinami iki metalo lydymosi temperatūros, kad į metalinę matricą įdėtos dujos išsiplėstų į skylutes, o po to aušinant, tai yra Gaunamas putplasčio struktūros aliuminis. Šiuo metodu gauto produkto porų tūrio dalis gali būti kontroliuojama kontroliuojant dalinį inertinių dujų slėgį nuosėdose, o inkliuzinių dujų masės dalis gali būti keičiama {{0} diapazone. },015 proc. iki 0,23 proc.

2.2.2 Garų nusodinimas

Santykinai aukšto slėgio inertinėje atmosferoje (102 ~ 103 Pa) metalinis aliuminis lėtai išgaruoja, o išgaravęs metalo atomai susiduria su inertinėmis dujomis susidūrimų ir sklaidos serijoje, ir greitai praranda kinetinė energija, todėl iš dalies kondensuojasi, kad susidarytų metalo dūmai. Metalo dūmai nusėda veikiami savo gravitacijos ir yra pernešami inertinių dujų srauto, o vykstant žemyn vėsta ir galiausiai pasiekia pagrindą. Dėl žemos temperatūros atomams sunku migruoti arba difuzuoti, todėl metalo dūmų dalelės tik laisvai kaupiasi, kad susidarytų korinio putplasčio struktūra. Šia technika pagamintos aliuminio putos skiriasi nuo makroskopinės struktūros putplasčio aliuminio. Jį sudaro daugybė sub-mikronų-skalės metalo dalelių ir mikroporų, o jo tankis yra maždaug 1 procentas pagrindinio metalo aliuminio tankio, o mažiausias – 0,15 procento.

2.2.3 Elektros nusodinimas

Šiuo metodu putplasčio padengimas atliekamas keliais etapais, pvz., šiurkštinimas, jautrinimas ir aktyvinimas, cheminis išankstinis dengimas- ir cheminis padengimas ir kt., o po to putplastis kaitinamas, kad suirtų, kad būtų gautas putplasčio aliuminis. Tarp jų labai svarbų vaidmenį atlieka du jautrinimo ir aktyvinimo procesai. Jautrinimo apdorojimas – tai, kad grublėtos dalies paviršius adsorbuotų redukuojančius jonus, kad jonų aktyvinimo metu detalės paviršiuje susidarytų katalizinių savybių turintis sluoksnis. Brangiojo metalo sluoksnio vaidmuo, kad beelektrinis dengimas galėtų būti atliekamas spontaniškai, kad putplastis taptų puslaidininkiu, o tai savo ruožtu skatina aliuminio galvanizavimo sėkmę. Šiuo metodu paruoštos aliuminio putos turi gerą porų sujungimą, tolygų pasiskirstymą ir didelį poringumą, tačiau gaminio storis yra ribotas ir kaina didelė.

2.2.4 Aliuminio galvanizavimas išlydyta druska

Išlydyta druska galvanizuojantis aliuminis yra tam tikros rūšies porėtos aliuminio putos, pagamintos elektrodepozicijos būdu išlydytoje druskoje, kurioje yra aliuminio druskos, putplasčio kaip elektrodo katodo ir aliuminio plokštės kaip anodas. Šiuo metodu pagamintos aliuminio putos turi didelį poringumą ir vienodas poras.

2.3 Miltelinė metalurgija

2.3.1 Miltelių putojimo būdas

Miltelių putojimo būdas yra aliuminio miltelių sumaišymas su putojančiu agentu (TiH2) ir ašinis suspaudimas tam tikroje temperatūroje, kad būtų gautas sandarios struktūros ruošinys. Produkto išplėtimo būdas gauti putų aliuminį. Maišymas, spaudimas ir putojimas yra trys svarbios miltelių putojimo metodo grandys. Tuo pačiu, koreguojant parametrus putojimo procese (putomosios medžiagos kiekį, putojimo temperatūrą ir putojimo laiką), galima gauti skirtingų ląstelių struktūrų putotą aliuminį.

2.3.2 Srutų formavimo būdas

Suspensijos formavimo metodas yra metalo aliuminio miltelių, putojančio agento (vandenilio fluorido rūgšties, aliuminio hidroksido arba ortofosforo rūgšties) ir organinio nešiklio suspensijos formavimas, sumaišymas, kad susidarytų putos, tada supilkite į formą ir pakaitinkite. Po deginimo , galima gauti kieto metalo aliuminį su porėta struktūra. Šis metodas iš pradžių buvo naudojamas putplasčio Be, Fe, Cu ir nerūdijančio plieno medžiagoms gaminti, o vėliau – putplasčio aliuminio gamybai. Tačiau produkto stiprumas yra labai mažas.

2.3.3 Miltelinio formavimo būdas

Miltelinio liejimo metodas yra metalo aliuminio miltelių sumaišymo su putojančiu agentu (TiH2), formavimo šaltu arba karštu slėgiu būdas, o po to sukepinimas į putų aliuminį. Jis turi du svarbius privalumus: vienas yra tas, kad jį galima naudoti įvairioms lydinių kompozicijoms nei kiti metodai, taip kontroliuojant aliuminio putų mechanines savybes; Sumuštinio-formos aliuminio putos ir aliuminio putų{2}}užpildytos turbinos konstrukcijos

2.3.4 Birių miltelių sukepinimo būdas

Birių miltelių sukepinimo metodo principas yra tas, kad kai smulkios dalelės liečiasi viena su kita, jos gali būti sujungtos viena su kita, veikiant paviršiaus įtempimui. Šie smulkūs metaliniai aliuminio milteliai dedami į formą sukepinti, o dalelės sujungiamos viena su kita, kad susidarytų akytas sukepintas korpusas. Šis metodas taip pat gali būti naudojamas gaminant filtrus, kurių poringumas paprastai yra 40–60 procentų.

2.3.5 Impregnavimo kempinės sukepinimo būdas

Miltelinėje metalurgijoje kempinė medžiaga taip pat gali būti naudojama kaip laikina atraminė konstrukcija, kad susidarytų didelio{0}}poringumo, vienodos aliuminio putos. Kempinė organinė medžiaga supjaustoma į norimą formą ir po to infiltruojama suspensija, kurioje yra metalo aliuminio miltelių, kuriuos reikia apdoroti (suspensijos nešiklis yra vanduo ir organinis skystis). Panardinta kempinė-kaip organinė medžiaga džiovinama, kad būtų pašalintas srautas, o po aušinimo galima gauti putų metalinį aliuminį, turintį didelio poringumo -trimatę struktūrą. Šis metodas taip pat naudojamas gaminant putplasčio sidabro lakštus, kurių poringumas nuo 70 iki 90 procentų.

2.3.6 Pluošto sukepinimo metodas

Šiam metodui naudojama metalinė aliuminio viela yra metalinė viela, gauta mechaniniu tempimu ar kitais būdais. Metalinė aliuminio viela yra pagaminta į veltinio žiedą slydimo liejimo arba mechaninio veltinio žiedo metodu, o po to sukepinama, kad būtų pasiektas reikiamas stiprumas. ir poringumas. Šiuo metodu paruoštos porėtos aliuminio putos turi gana ryškių privalumų: galima gauti didesnį poringumą nei miltelinio sukepinimo būdu, iki 95 proc.; visos poros yra tarpusavyje sujungtos poros; vis dar išlaikomas maksimalus poringumas. Struktūrinės savybės; Esant tokiam pat poringumui, stiprumas ir kietumas yra kelis kartus didesni nei miltelinės metalurgijos. Taip pat galima gaminti įvairius metalinius filtrus, tokius kaip nerūdijančio plieno, vario, nikelio, nichromo ir kt.

2.3.7 Sukepinimo tirpinimo metodas

Sukepinimo tirpinimo metodas yra naujas putplasčio aliuminio gamybos metodas, sukurtas pastaraisiais metais. Tai per{0}}ląstelinių aliuminio putų paruošimo būdas maišant, spaudžiant, sukepinant ir tirpinant aliuminio miltelius ir užpildo daleles. Jis pasižymi tokiomis savybėmis, kad galima tiksliai kontroliuoti porų formą, dydį, poringumą ir pasiskirstymą, taip pat turi gerą išsamų kokybės ir kainos indeksą. Tai veiksmingas būdas gaminti vidutinio-tankio aliuminio putas su vienodomis arba gradientinėmis smulkiomis angomis.

3. Aliuminio putplasčio savybės ir panaudojimas

Pagal struktūrą aliuminio putas galima suskirstyti į du tipus: uždarų{0}}ląstelių aliuminio putų ir atvirų-ląstelių aliuminio putas. Aliuminio putų organizacinės ir morfologinės charakteristikos, įskaitant porų struktūrą (atvirų arba uždarų), santykinį tankį, porų dydį, porų formą, porų sienelių storį, anizotropiją ir kt. Naudojama elektroninė mikroskopija ir rentgeno tomografija analizei ir tyrimams, o šios srities tyrimai sparčiai vystosi. Dėl skirtingų struktūrų jo savybės labai skiriasi, todėl turi skirtingą paskirtį. Palyginti su tradiciniu metaliniu aliuminiu, putplasčio aliuminis pasižymi šiomis savybėmis ir yra plačiai naudojamas metalurgijos, chemijos pramonės, aviacijos, laivų statybos, elektronikos, automobilių gamybos ir statybos pramonėje. ir kitos sritys buvo plačiai naudojamos.

3.1 Mažas tankis

Kadangi aliuminio putų aliuminio matricoje yra didelių ir mažų porų, jos tankis yra mažesnis. Aliuminio putplasčio tankis gali skirtis įvairiuose diapazonuose, o didžiausias šiuo metu gaunamas poringumas gali siekti 97 procentus, o porų dydis svyruoja nuo kelių mikrometrų iki dešimčių milimetrų. Kuo mažesnis tankis. Galima naudoti pakavimo dėžėse, ypač oro krovinių konteineriuose.

3.2 Stiprus atsparumas karščiui

Aliuminio putplastis pasižymi dideliu atsparumu karščiui ir nesitirps net pasiekęs lydinio lydymosi temperatūrą. Paprastai aliuminio lydinių lydymosi temperatūra svyruoja nuo 560 iki 700 e, tačiau putotas aliuminis netirpsta net kaitinant iki 1400 laipsnių. Be to, esant aukštai temperatūrai, jis neišskiria kenksmingų dujų ir daugeliu atvejų gali pakeisti putplasčio dervą ir asbesto produktus kaip šilumai -izoliacines ir karščiui- atsparias medžiagas bei įvairių šilumokaičių pagrindines dalis.

3.3 Geras pralaidumas

Aliuminio putos gali būti naudojamos kaip filtravimo medžiaga kietosioms dalelėms iš skysčio ar dujų filtruoti. Paprastai pralaidumas didėja didėjant porų dydžiui, tačiau tam įtakos turi ir paviršiaus šiurkštumas. pralaidumas. Iš jo galima gaminti įvairių skysčių ir dujų filtrus.

3.4 Didelis savitasis paviršiaus plotas

Naudojant didelį specifinį aliuminio putplasčio paviršiaus plotą, kad būtų pasiekti aukšti šilumos mainai, tai yra gera medžiaga šildytuvams ir šilumokaičiams gaminti. Be to, jis taip pat gali būti naudojamas kaip nešiklis cheminėms reakcijoms, kurioms reikalingas didžiulis paviršius, pavyzdžiui, katalizatoriaus nešiklis. , akytieji elektrodai, plokščių medžiagos įkraunamoms baterijoms, šilumokaičiai, energijos absorberiai ir katalizatoriaus laikikliai ir kt.

3.5 Stipri garso izoliacija

Aliuminio putos gali sugerti garso energiją per skylės sienelės vibraciją ir gali būti naudojamos triukšmui slopinti ir pašalinti. Paprastai tariant, per{0}}ląstelinių aliuminio putų garso sugertis yra geresnė. Skylės dydis turi įtakos jos sugerties našumui visame garso bangų dažnių diapazone. Kuo mažesnė skylė, tuo didesnė garso sugerties galia.

Aukštą garso sugerties efektyvumą galima pasiekti pakeitus aliuminio putplasčio porų dydį ir formą. Jis gali būti naudojamas vidaus ir išorės dekoratyvinėms detalėms, užuolaidinėms sienoms, pertvarų kilnojamosioms durų plokštėms statybų pramonėje, gaminant aukštos kokybės-garsą-sugeriančias plokštes, garsą-izoliuojančias sienas, įvairias duslintuvai ir kt.

3.6 Puikiai sugeria smūgio energiją

Putplastis aliuminis nėra kryptingas kaip korio medžiagos, taip pat neturi atšokimo efekto, kaip polimerinės putplasčio medžiagos. Jis turi geras smūgius sugeriančias savybes ir yra gera medžiaga smūgiams{0}}atsparioms dalims gaminti. Jis gali būti naudojamas automobilių stabdžiuose, įtempikliuose ir kosminės erdvės įrangos apsauginėse movose ir buferiuose. Jo slopinimo dydis yra susijęs su porų porų dydžiu. Jis gali būti naudojamas kaip liftų ir konvejerių saugos trinkelės, amortizacinės ir energijos sugėrimo įdėklai greitaeigių šlifavimo staklių apsaugoms, aukšto-tiksliųjų staklių pagrindams ir kt.

3.7 Mechaninės savybės

Aliuminio putplasčio mechanines savybes daugiausia lemia jo tankis, tačiau svarbūs parametrai, lemiantys mechanines savybes, yra ir porų dydis, struktūra bei pasiskirstymas. Veikiant gniuždymo įtempiui, medžiagai patyrus pradinę elastinę deformaciją, aliuminio putos patenka į įtempių kreivės platformą, tai yra, aliuminio putos pradeda plyšti, o putų smulkinimo stadijoje įtempis iš esmės nesikeičia. Po didelės plastinės deformacijos putplastis visiškai sulaužomas, medžiaga patenka į tankią Cheminės fazės metu įtempimas sparčiai didėja. Tiek Youngo modulis, tiek aliuminio putų šlyties modulis didėja didėjant tankiui.

3.8 Elektromagnetinio ekranavimo veikimas

Aliuminio putplastis gerai apsaugo aukšto{0}}dažnio elektromagnetines bangas, todėl elektromagnetiniai trukdžiai gali sumažinti daugiau nei 80 procentų. 5 mm storio uždaro{2}}poro aliuminio putos, kurių poringumas 90 proc., elektromagnetinio ekranavimo našumas esant 60–1000 MHz dažniui yra 35–75 dB, kuris gali būti naudojamas elektromagnetinio ekranavimo patalpose (dangčiuose), elektroninių prietaisų korpusuose, radijo įrašymo kambariai, elektromagnetinis ekranavimas ir kitos progos.

3.9 Kitos savybės

Aliuminio putos taip pat turi jautrumą dujoms, atsparumą ugniai, katalizę ir kt. Putoto aliuminio elektrinį laidumą labai veikia santykinis tankis, o porų dydis mažai veikia elektros laidumą. Tikimasi, kad jis turės geras pritaikymo perspektyvas tokiose naujose srityse kaip aviacija, telekomunikacijos ir aplinkos apsauga.