[發明專利]一種三維空間有序孔結構泡沫鋁及其制備方法

有效

• 申請號: 201510696687.1
• 申請日: 2015-10-26
• 公開（公告）號: CN105177339A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 葉喜蔥;吳彬彬;吳海華
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C21/00;B22D19/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 蔣悅

技術領域

本發明涉及一種泡沫鋁的制備方法，具體的涉及一種三維空間有序孔結構泡沫鋁的制備方法。

背景技術

泡沫鋁是一種新型的輕質結構功能材料，具有高比剛度、高比強度，優異的抗沖擊性能、高能量吸收性能，同時還具有隔熱、隔音、吸聲、電磁屏蔽等功能，并且成本低，可循環利用，無毒害作用，是一種經濟環保材料。泡沫鋁可廣泛應用于汽車工業、航空航天、建筑工業和鐵路運輸等等領域，在金屬電極、吸附材料、消音材料、阻火器、水凈化和熱交換材料等領域也得到了廣泛的應用，它在新材料領域占有不可取代的地位。常用的泡沫鋁制備方法很多，應用最廣泛的是鑄造法和粉末冶金的方法。但是現有的泡沫鋁制備方法不能任意控制和調整結構參數，孔隙率、孔結構的均勻性和連通性也較差。

發明內容

本發明提供一種三維空間有序孔結構泡沫鋁的制備方法，這種三維空間有序的孔結構是以空間點陣中的體心立方晶胞為基礎，該方法對孔結構、孔隙率可以任意控制和調整，可以保證孔結構的均勻一致。其中，該制備方法包含以下幾個步驟：

步驟一、將鋁合金在真空氛圍下加熱到一定溫度進行熔化；

步驟二、將石墨顆粒和瀝青、硅烷偶聯劑、復合多元胺固化劑按照一定的比例混合均勻，獲得3D打印的粉體；

步驟三、利用3D打印激光燒結步驟二的粉體，獲得三維空間網絡有序結構的石墨骨架；

步驟四、獲得三維空間網絡有序結構的石墨骨架進行石墨化處理，將石墨化后的石墨骨架放在模具中，再將鋁合金液直接澆注到石墨骨架上，獲得鋁和石墨的復合材料；

步驟五、將鋁和石墨的復合材料放在氧氣氛圍下進行多次氧化燒損，每次燒損后進行超聲波清洗，即可制備出三維空間有序孔結構泡沫鋁。

所述步驟一的鋁合金應包含2~3%的鎂，余量為鋁，保證該鋁合金的固相線溫度高于600℃。

所述步驟一的鋁塊和鎂塊在真空爐中熔化成合金液，熔化合金液的溫度為690±10℃，其中鋁塊和鎂塊的純度大于99.5%。

所述步驟二的石墨顆粒采用天然鱗片石墨，過200目篩。

所述步驟二的3D打印粉體由石墨顆粒和粘接粉組成，其中粘接粉由瀝青、固化劑和偶聯劑按照一定的比例制成，粘接粉占3D打印粉體的比重為20~50%。

所述步驟二中的硅烷偶聯劑占粘接劑的0.5~1.5%，復合多元氨固化劑占粘接劑的10~30%。

所述步驟三的三維有序結構的石墨骨架直徑為1~5mm。

所述步驟四將合金液直接澆注到石墨骨架上，制備出石墨/鋁復合材料。

所述步驟五種將石墨/鋁復合材料進行三次氧化燒損，氧氣的流量100~200ml/min，氧化溫度為525~575℃，氧化時間2~5h。

所述步驟五中對每次氧化后的復合材料進行超聲清洗。

本發明具有如下有益效果：

通過本發明的步驟制備出的泡沫鋁孔徑可在1~5mm范圍內可調，孔徑均勻一致，并通過對三維空間有序結構的設計，可以控制和調整孔隙率，孔隙率可在50%~95%范圍內調整。另外，該方法制備的泡沫鋁的孔是在三維空間有序分布的，通過控制這種有序結構，使泡沫鋁獲得優良的壓縮性能，應力-應變曲線表現出彈性變形階段，明顯的塑性屈服平臺段，以及致密段，表明具有良好的吸能特性，可以作為一種具有吸能性能的輕質材料。

附圖說明

下面結合附圖對本發明進一步的說明：

圖1為實施例一石墨骨架一示意圖。

圖2為實施例二石墨骨架二示意圖。

圖3為實施例一石墨骨架一制備三維空間有序孔結構泡沫鋁示意圖。

圖4為實施例二石墨骨架二制備三維空間有序孔結構泡沫鋁示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明做進一步說明。

實施例一

步驟一、鋁塊和鎂塊按Al-2.5Mg的比例在真空爐中熔化成合金液，熔化溫度為690℃，其中鋁塊和鎂塊的純度大于99.5%。

步驟二、將1%的硅烷偶聯劑，20%的復合多元胺固化劑，余量瀝青進行混合，制成粘接粉，以30%的粘接粉混合70%石墨進行球磨混合，其中石墨為天然鱗片石墨，過200目篩，獲得3D打印的粉體；

步驟三、利用3D打印激光燒結粉體，獲得三維空間網絡有序結構的石墨骨架一，其骨架以體心立方晶胞為基礎，除了八個頂點中相鄰的兩個頂點相連外，還有過中心點的4條對角線，其中石墨骨架直徑為2mm，如圖1所示；