[發明專利]一種制備泡沫氧化鋁和泡沫鋁/氧化鋁復合材料的方法

有效

• 申請號: 201810384689.0
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108640660B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 楊金龍;霍文龍;張笑妍;干科;陳谷雨;席小慶;王亞利
• 申請（專利權）人: 清華大學;新興遠建（天津）新材料科技有限公司
• 主分類號: B22F3/11
• 分類號: B22F3/11;C04B35/10;C04B38/10;C04B35/64
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明開發了一種通過反應燒結金屬鋁近凈尺寸制備泡沫氧化鋁鋁和泡沫鋁/氧化鋁復合材料的方法，該方法包括如下步驟：以金屬鋁粉為原料粉體，配制總固相含量為10～50wt％的金屬鋁水基漿料。在上述漿料中加入漿料質量0.02～0.4wt％作為表面活性劑的十二烷基硫酸鈉(SDS)，調節pH至5～8。通過機械攪拌方式對漿料進行發泡得到穩定泡沫，干燥后燒結可獲得泡沫氧化鋁和泡沫鋁/氧化鋁復合材料。該泡沫結構具有多級孔結構，孔壁為由空心球堆積而成。本發明制備工藝簡單，成本低廉，可制備不同鋁/氧化鋁成分的復合材料。所制備泡沫材料具有近凈尺寸成型的特點，其燒結收縮率僅為?5～5％。

技術領域

本發明涉及金屬/陶瓷復合材料、多級孔泡沫材料、空心球材料、近凈尺寸成型材料的制備，具體涉及一種通過反應燒結金屬鋁近凈尺寸制備泡沫鋁和泡沫鋁/氧化鋁復合材料的方法。

背景技術

多孔氧化物陶瓷結合了泡沫材料和氧化物陶瓷的優點，具有保溫絕熱性能好，密度小，耐高溫、耐腐蝕、高溫狀態下化學穩定等許多特點。隨著現代工業的飛速發展，特別是高技術的進步，對材料的優異綜合性能提出了越來越高的要求。金屬/陶瓷復合材料因為結合兩者的優點而成為一種重要的復合材料。然而如何實現兩種材料的均勻復合仍然充滿挑戰。

另一方面，陶瓷材料在燒結過程中存在很大收縮，尤其是高氣孔泡沫陶瓷，其收縮率高達20％，因此容易造成樣品的變形開裂。如何制備低收縮近凈尺寸制備泡沫陶瓷一直以來都是一個難題。

發明內容

針對上述背景技術存在的問題，本發明開發了一種通過反應燒結金屬鋁近凈尺寸制備泡沫鋁和泡沫鋁/氧化鋁復合材料的方法。所制備的泡沫材料具有近凈尺寸特點，其燒結收縮率僅為-5～5％。超低的收縮率一方面是由于反應燒結膨脹，更主要的是由于金屬鋁粉體在熔融后向外擴散形成中空結構。進一步，其制備工藝簡單，成本低廉，無需價格高昂的生產設備，具有潛在應用價值。

本發明采用技術路線如下：

一種通過反應燒結金屬鋁近凈尺寸制備泡沫氧化鋁和泡沫鋁/氧化鋁復合材料的方法，所述方法包括如下步驟：

(1)以粒徑范圍為0.3～5μm的金屬鋁粉為原料粉體，配制總固相含量為10～50wt％的金屬鋁水基漿料。

(2)在上述漿料中加入漿料質量0.02～0.4wt％作為表面活性劑的十二烷基硫酸鈉(SDS)，調節pH至5～8。

(3)通過機械攪拌方式對漿料進行發泡得到穩定泡沫，轉速為1200～5000rmp。所述攪拌的時間是5-20分鐘。

(4)將干燥后的干坯在空氣氣氛下燒結，以0.5～2℃/min升溫速率加熱至700～1500℃，保溫0.5～5h。所述干燥的時間是5-40h，得到干坯

本發明制備的泡沫材料既具有以幾十微米閉孔結構為主體的一級宏孔結構，同時具有由空心球堆積緊密而成的二級孔結構孔壁。

通過調控燒結溫度可以實現對泡沫氧化鋁和泡沫鋁/氧化鋁成分的可控調節，當燒結溫度為650～900℃時可得到泡沫鋁/氧化鋁復合材料，當燒結溫度超過1200℃時，金屬鋁全部轉化為氧化鋁，制備得到泡沫氧化鋁陶瓷空心球泡沫材料，因此本發明既可以制備鋁/氧化鋁復合泡沫材料，也可制備氧化鋁泡沫陶瓷。

所制備泡沫材料具有近凈尺寸特點，其燒結收縮率僅為-5～5％。

本發明的有益效果是：①本方法所制備的泡沫材料孔壁是由中空球形粉體堆積而成，有效的降低了泡沫材料的容重，提升了保溫性能和韌性。②通過調控燒結溫度可以實現對鋁/氧化鋁成分的可控調節。③該方法每個生產環節不產生有毒、有害物質，環境友好，且其制備工藝簡單，成本低廉，無需價格高昂的生產設備。④所制備泡沫材料具有近凈尺寸特點，其燒結收縮率僅為0～5％，有效抑制了樣品的開裂和變形。

附圖說明