[發明專利]泡沫金屬制備裝置及制備方法

有效

• 申請號: 201810065456.4
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN110066935B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 劉源;萬坦;陳祥;張華偉
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C23C14/32;C23C14/20;C23C14/50
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 王賽

提供一種泡沫金屬制備裝置，一種泡沫金屬制備裝置，包括抽真空裝置、腔室、靶材托件、引弧器及工件架，所述抽真空裝置用于對腔室進行抽真空處理，所述靶材托件置于所述腔室內部用于承置金屬靶材，所述引弧器與所述靶材托件電連接，用于激發所述金屬靶材產生金屬離子形成弧光放電，所述工件架置于所述腔室內部，所述工件架包括架體、第一轉動軸和第二轉動軸，所述第二轉動軸設置在所述架體上，所述第一轉動軸用于帶動所述架體和所述第二轉動軸整體旋轉，所述第一轉動軸與所述第二轉動軸的軸線不重合。還提供一種用上述裝置制備泡沫金屬的制備方法。

技術領域

本發明涉及本發明涉及泡沫金屬，尤其涉及一種用于泡沫金屬制備裝置及泡沫金屬制備方法。

背景技術

自然界中存在不同類型的多孔結構，如浮石、木材、骨骼等，這些多孔結構的存在為材料提供了較低的密度和良好的結構和功能特性。受此啟發，人們為了利用多孔結構的優良特性，制備了大量的人工多孔產品。其中，泡沫金屬是一類結構與功能一體化材料，既有較高的比強度、比剛度，又能有效吸收能量、緩沖減震，還具有良好的阻燃性能，易于回收再利用。除此之外，泡沫金屬還在吸聲、散熱、電磁屏蔽、生物相容等方面得到了研究人員的關注。因此，泡沫金屬在建筑裝飾、道路交通、航空航天、生物醫用等領域擁有廣闊的應用前景。

1925年，法國De Meller首次提出泡沫金屬的概念。1948年，美國的BenjaminSoknik開始對泡沫鋁展開研究，他首先利用兩種物質之間沸點的不同，在鋁熔體中加入汞，施加高壓，隨后在鋁熔點附近降低壓力，促使汞的揮發，最終留下孔洞，制備出了世界上第一塊泡沫鋁，并申請了專利US2434775。1956年，美國BRL(Bjorksten ResearchLaboratories)研究室的Elliott首次在專利US2751289中利用熔體直接發泡法制備出了泡沫鋁，他設想在鋁熔體中加入一種發泡劑，利用發泡劑熱分解產生的氣體在熔體內產生氣泡，冷卻后即可形成閉孔結構泡沫鋁，發泡劑選用的是TiH₂或ZrH₂，目前該制備工藝仍然是制備泡沫金屬的重要工藝之一。隨著人們逐漸認識到泡沫金屬是一種十分重要的高科技新材料，有著十分廣泛的應用前景，多孔泡沫金屬材料已成為世界各國爭先開發的材料。目前，美國、德國、日本等國家在泡沫金屬材料的制備、應用等方面的研究日趨完善，并申請了眾多專利，引領了泡沫金屬材料的發展。21世紀以來，泡沫金屬研究領域呈現“百花齊放、百家爭鳴”的姿態，新的制備方法不斷涌現，泡沫金屬的發展迎來了全盛時期。

現有的泡沫金屬材料的主要制備方法可以分為四大類：一、熔體法；二、鑄造法；三、粉末冶金法；四、金屬沉積法。

第一類：熔體法主要包含熔體發泡法和吹氣發泡法。熔體發泡法的基本原理是在金屬熔體中加入發泡劑，發泡劑在高溫下受熱分解釋放氣體，在金屬熔體中留下氣泡，冷卻凝固后形成泡沫金屬；吹氣發泡法是直接將氣體通過一定的裝置吹入混有SiC、MgO等高熔點陶瓷小顆粒的金屬熔體中，氣體在熔體中上浮、堆積、凝固成泡沫體，并通過一定方式收集。熔體法主要適用于低熔點金屬，如鋁、鋅、錫等，主要優點是制備工藝設備簡單、可工業化大規模制備，缺點是工藝過程難以控制，形成的氣孔大小不均勻，波動范圍大。

第二類：鑄造法主要包含石膏型熔模鑄造法和顆粒滲流鑄造法。石膏型熔模鑄造法工藝在壓力作用下將金屬液滲入到骨架孔隙中，待冷卻后再溶除耐火材料，即得到與聚合物泡沫結構相同的泡沫金屬；顆粒滲流鑄造法是利用可溶、耐高溫顆粒材料(例如NaCl顆粒)作為滲流骨架，在壓力條件下將金屬液滲入到顆粒的縫隙中，待金屬凝固后將顆粒溶去即得到與滲流骨架結構相反的泡沫金屬。鑄造法由于受到占位材料熔點的限制，一般適用于低熔點金屬。

第三類：粉末冶金法分為粉末壓實發泡工藝和燒結-脫溶法。前者是將金屬粉末和發泡劑粉末通過一定的方式混合均勻、壓制、發泡從而產生多孔結構；而后者是將金屬粉末與易溶耐高溫顆粒材料按比例配制、混勻，燒結后從而獲得泡沫結構。粉末冶金法優點是便于調整孔結構與孔隙率，可以制備形狀復雜的工件和三明治板，同時可以制備高熔點泡沫金屬，例如泡沫鈦和泡沫鎳，缺點是工藝成本較高，孔徑分布不均勻。