泡沫铝制备的现状研究

摘要：简略介绍了国内外泡沫铝技术的现状和发展趋势，以及泡沫铝制备方法， 并对泡沫铝的应用及发展作了分析和展望。

关键字：泡沫铝 制备方法 应用

前言

泡沫铝是一种在铝骨架内分布着大量气泡的新型材料，这种把金属相与空气相有机地结合在一起的特殊结构，实现了金属材料的多功能化，包括：轻质、高比强、高比刚度、阻尼、减震、冲击能量吸收、声（隔声、吸声）、热、电磁屏蔽及其多功能兼容等。独特的结构、性能和在航天、航空、舰艇、陆地运输工具，高速芯片等高技术领域及一般工业领域的广阔应用前景，使泡沫铝成为当今材料发展的前沿热点。

国内外研究现状

早在20世纪40年代后期，美国就首先对泡沫铝进行了研究。最初是由Sonik 提出利用汞在铝中气化而制取泡沫铝的想法，随后 Elliot于1951年成功生产出泡沫铝，这标志着泡沫金属研制的开始。1999年，第一届世界泡沫金属学术会议在德国不来梅顺利召开，重点是关于泡沫铝的制造和应用。随后，世界泡沫金属学术会议每隔两年召开一次，泡沫金属俨然已发展成为一门重要的学科和技术领域。在泡沫铝研究方面较著名的国外单位有加拿大的Cymat公司、日本的九洲工业研究所等。他们都已生产出用于多种用途的泡沫铝材和泡沫铝零件。

我国的泡沫铝研究工作较国外一些先进的工业国家起步较晚，近几年来中国铝业股份有限公司郑州研究院、东北大学、东南大学、北京科技大学、吉林工业大学、中国科学院固体物理研究所、中国船舶重工集团公司725研究所、北京航空材料研究院等十几家单位都在进行泡沫铝的生产方法和发泡技术研究。他们大都已制出部分样品，但鲜有工业生产的报道。其原因在于产品的成品率亟待提高、成本还需降低以及生产的连续化，此外，产品的品种单一，一般仅能生产板材[1]。

泡沫铝的制备方法[2-9]

目前制造泡沫铝的方法大体可分为：直接发泡法、铸造法、气泡法、烧结法等。这里主要介绍熔体发泡法及发泡剂泡法。

（一）熔体发泡法

熔体发泡法以其工艺简单、成本低廉、适宜制造大型板、块材而极具开发潜力。其基本原理主要是将铝或铝合金熔化，随后加入增粘剂使铝熔体的粘度增加，以防止气泡从熔体中溢出，然后加入发泡剂，最后经冷却使熔体中的气体滞留在熔体内部。工艺过程为：铝的熔化铝液的增粘发泡剂混合保温发泡发泡体冷却。其中增粘、混合、发泡和冷却这四个工艺过程对制备孔径和孔隙率可控、结构均匀的泡沫铝至关重要。

（二）发泡剂发泡法

熔体发泡剂发泡法指的是在具有一定粘度的熔融金属中加入发泡剂并搅拌均匀，发泡剂分解产生气体并在铝液中形成气泡，气泡膨胀使金属液体发泡，阻止气泡逸出并冷却含有气泡的熔体，即可获得泡沫铝固体。该方法的特点是工艺简单，成本较低，制品孔隙率高，适合于制备较大规格的产品。但其存在气泡分布不均匀且局部气泡尺寸过大，操作较难控制，工艺上不稳定，制品重现性差等问题，需要加以研究和解决。

应用

（一）泡沫铝在建筑装修上的应用

泡沫铝材还可以广泛的应用于建筑装修业的内装饰材料、箱体材料、包装材料和高速公路的护栏。它不但具有良好的保温绝热性能和消音能力，还是一种热稳定的不可燃材料，也是一种抗破坏的耐用材料，并可以完全回收和利用。这些性能符合现代建筑、装修、包装等行业绿色环保和可持续利用的要求，具有良好的市场前景。在建筑业中，泡沫铝可以用来制作内外装饰、隔音墙、天花板、门窗、间壁、屏蔽墙等。

（二）交通运输行领域

泡沫铝在交通运输行业的应用主要有两个方面，一是可用于制作城市轨道、高架桥旁的隔音屏，泡沫铝外侧为铝板贴面，内侧为裸面泡沫铝板，具有吸声功能。 二是在汽车上的应用，利用泡沫铝的良好吸能性能制作的汽车保险杠可以大大提高汽车的整体安全系数，依靠泡沫铝密度小的特点制作的汽车顶盖板也可以在很大程度上降低汽车整体质量[10]。

（三）航空航天工业

同时具有多项优良性能的泡沫铝是航天工程一直追寻的理想结构材料。减轻航天器的重量是航天产品设计的重要课题之一，目前每送入轨道1kg有效载荷，发射费需用上万美元。如果把泡沫铝用在航天器上，经济效益将是显而易见的。东南大学材料学院近年在泡沫铝材料制备方面已经取得了重大突破，为航天工程应用开发了外表带有薄层蒙皮，中间为泡沫形式；泡沫铝材料及内部为通孔，外表为闭孔，在通孔材料中添加其它材料形成的复合结构等多种形式的泡沫铝材料[11-12]。

问题与展望

泡沫铝材料出现已经有几十年的历史了，但在研究制备及应用方面真正有较大进展也只有在近20 年。就目前国内研究现状看，在今后一段时期内泡沫铝的研究将集中在以下几方面：

（1） 需要研究出成本低、简单、可靠和稳定的生产工艺，特别是制造量大、市场前景广阔的板材、块材生产工艺。

（2） 需要进一步解决气孔均匀问题，优化各种工艺参数和操作条件。

（3） 进一步研究泡沫铝的各种性能和影响其性能的诸因素。

参考文献：

[1]武小娟，孙伟成，隋志成.泡沫铝制备技术[J]. 沈阳工业学院学报， 2001， 20（1） ： 67- 69.

[2]张钱城 卢天健.闭孔泡沫铝的孔结构控制[D].西安交通大学学报， 2007.3.

[3]程慧静，张崇民等.泡沫铝的研究现状与应用展望[D].鞍山科技大学学报， 2005，12.

[4]潘应银.泡沫铝的制备与应用研究[J].魅力中国， 2010年5月（113）.

[5]张立春，张勇，刘芬芬.多孔泡沫铝制备工艺及其应用[J].新技术新工艺， 2009（12）.

[6]周向阳，张太康等.粉末冶金法制备泡沫铝的研究进展[J].材料导报，2010年9月， 24（9）.

[7]张斌，左孝青等.泡沫铝的制备技术[J].有色金属加工， 2008年12月， 37（6）.

[8]蔡振武，张振等.通孔泡i铝的制备方法和性能[J].上海金属， 2013.9， 35（5）.

[9]程和法等.渗流法制备泡沫铝合金工艺的研究[J].铝合金加工技术， 2001， 1.

[10]白木等.铝材令汽车制造技术焕然一新[J].世界有色金属， 2001，10.

[11]莫鼎成. 冶金动力学[M]. 长沙：中南工业大学出版社，1987.

[12]左孝青，张金娅等. 泡沫铝发泡热力学[J].昆明理工大学学报.2003，10，45-51.

作者简介：

张云霞 长安大学材料科学与工程学院，材料加工专业，2013级硕士研究生