自蔓延高温合成法制备泡沫铝

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泡沫铝是一种在铝基体中均匀分布大量孔洞的新型功能材料,因其独特的内部构造而具有多种优异的性能,如密度小、高比强度和吸声降噪等,应用前景十分广泛。自蔓延高温合成法(Self-Propagating High-temperature Synthesis,简称SHS)是一种省时高效的材料制备新技术,目前主要应用于实体金属间化合物和陶瓷材料的制备,关于SHS法制备泡沫铝的研究还比较少。本文以自蔓延合成技术为基础,研究利用化学反应放热使预制体熔化发泡的制备工艺;通过原料配比临界条件的理论计算与试验数据分析相结合的手段,确定燃烧体系中铝粉的最高比例;通过调整工艺参数,找到最佳制备工艺,主要结果如下:(1)利用自蔓延法制备泡沫铝,绝热温度是自蔓延能否持续的决定性因素,Al含量对绝热温度影响很大,发泡成功与否取决于对这两个量的平衡把握。绝热温度越高,越有利于预制体的发泡;Al含量越高,绝热温度越低。试验测定xAl+4Ti+B4C体系在铝摩尔量处于15~22之间时能够成功发泡。(2)Al在燃烧体系中的作用有两个:一是蓄积热量激活Ti-B4C间反应,二是吸收热量降低了体系的绝热温度。如果Al含量较大,在燃烧波推进过程中体系会生成大量的液相,产生热阱效应,从而使燃烧温度下降。在燃烧波阵面内,由于液相的累积,反应的扩散速率被拖慢。(3)在成功发泡的基础上,调整气孔形貌的重要途径是对压坯密度的控制。压坯密度产生的影响主要表现在两个方面:改变粉末颗粒的有效接触面积进而影响燃烧体系的传热传质行为;决定了粉末颗粒的微观特征,如金属原子团的大小、粒度分布和粒形等。试验测定66.5wt%Al的预制体压坯密度的大小在2.0g/cm3~2.2g/cm3时发泡成功,气孔均匀圆整。(4)本文以泡沫铝孔隙率为研究对象,建立正交试验,研究Ti含量、压坯密度和Al含量三个工艺参数的内在联系,并通过对试验数据的分析,探讨最佳制备工艺。试验结果表明,Al含量对泡沫铝孔隙率的影响最显著,其次是压坯密度,Ti含量对孔隙率的影响程度最小;最佳制备泡沫铝工艺参数为:Ti和Al的摩尔量分别为7和21,压坯密度为2.2g/cm3。
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