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1、南京航空航天大学,泡沫金属的开发、 应用与发展,朱春生,二九年十一月,南京航空航天大学,主要内容,1 、泡沫金属的各发展阶段2、泡沫金属的突出特点及应用3、各种泡沫金属的制备方法、优缺点 及产品应用范围4、泡沫金属技术最新发展动态,南京航空航天大学,1 泡沫金属的各发展阶段,南京航空航天大学,2 泡沫金属的突出特点及应用（1）,南京航空航天大学,2 泡沫金属的突出特点及应用（1）,各种轻质高强结构的比较,南京航空航天大学,2 泡沫金属的突出特点及应用（1）,实 例,南京航空航天大学,2 泡沫金属的突出特点及应用（2）,南京航空航天大学,2 泡沫金属的突出特点及应用（2）,实 例,南京航空航天大
2、学,2 泡沫金属的突出特点及应用（3）,南京航空航天大学,2 泡沫金属的突出特点及应用（3）,实 例,南京航空航天大学,2 泡沫金属的突出特点及应用（4）,南京航空航天大学,2 泡沫金属的突出特点及应用,实 例,南京航空航天大学,各种泡沫金属的制备方法及其优缺点、产品应用范围,泡沫金属制备方法基本分为四大类，约十几种，各资料命名不统一。,南京航空航天大学,3.1 铸造法,3.1.1 熔模铸造法,南京航空航天大学,3.1.1 熔模铸造法,南京航空航天大学,3.1.1 熔模铸造法,熔模铸造法制备的泡沫金属优、缺点： 优点：孔结构易于控制，孔连通，孔隙率高， 约为8097。 缺点：工艺过程环节多，生
3、产效率低，价格高。,产品应用： 由于孔隙率高，宜用于声能吸纳特性、吸尘净化和细微颗粒过滤；工艺过程中没有强化措施，比强度、比刚度不突出，不宜作为轻质高强材料使用。,南京航空航天大学,3.1.2 渗流铸造法,渗流铸造法原理示意,南京航空航天大学,3.1.2 渗流铸造法,渗流铸造法产品样件,南京航空航天大学,3.1.2 渗流铸造法,渗流铸造制备的泡沫金属优、缺点：优点：通过所选颗粒的大小来控制泡沫金属的孔径大小，成本 不高，可制备铝、 镁、 锌、铅、 锡等金属泡沫。 缺点：孔隙率受限，最大孔隙率可达 80 %，生产工艺较为复杂。,产品应用： 用该工艺制造的泡沫铝具有质轻、比强度高和比面积在等特点，
4、作为结构材料，已经用于飞机机翼复合材料的芯片，并成为加热器、热交换器和电池极板的优质材料。,南京航空航天大学,3.1.3 中空球法,中空球法原理示意,南京航空航天大学,3.1.3 中空球法,微细中空球泡沫显微形貌,南京航空航天大学,3.1.3 中空球法,中空球法的泡沫金属优、缺点：优点：为金属 +陶瓷空心球复合结构的泡沫金属 ，该泡沫材料结 构均匀，性能近乎于各向同性 ，比强度、比刚度好。 缺点：孔隙率只能在一定范围一般为 40 %55 % 。,产品应用： 目前已应用该方法制备具有三明治结构的复合板材，用作轻质高强承载件。,南京航空航天大学,3.2 发泡法,3.2.1 气体发泡法,气体注入法原
5、理示意图,南京航空航天大学,3.2.1 气体发泡法,气体发泡金属泡沫试样外观,南京航空航天大学,3.2.1气体发泡法,气体发泡法制备的泡沫金属优、缺点： 优点：成本低廉，生产效率高，可达到较高孔隙 率，约为8097.5。 缺点：孔不连通，孔结构不均匀，力学性能不突出 且离散性大，一般仅用于制造泡沫铝。,产品应用： 用于制造隔热、缓冲等元件，该材料的压制板可作为力学性能要求不高的板料。,南京航空航天大学,3.2.2熔融金属发泡法,熔融金属发泡法原理示意图,南京航空航天大学,3.2.2 熔融金属发泡法,熔融金属发泡法试样放大后的外观形貌,南京航空航天大学,3.2.2熔融金属发泡法,熔融金属发泡法制
6、备的泡沫金属优、缺点： 优点：即可用于泡沫铝也可适用于黑色泡沫金属的 生产 , 成本不高，可以达到的孔隙率 较高， 约为9193。 缺点：孔不连通，工艺过程难控制 , 气泡分布及大 小不均匀，优质产品力学性能尚可。,产品应用： 用于制造隔振、缓冲等元件，优质产品可作强化填充料和。,南京航空航天大学,3.2.3粉体发泡法,熔融金属发泡法原理示意图,南京航空航天大学,3.2.3粉体发泡法,粉体发泡法试样放大后的外观形貌,南京航空航天大学,3.2.3 粉体发泡法,粉体发泡法制备的泡沫金属优、缺点： 优点：可较理想地控制泡沫铝材料孔隙率，气孔均 匀较好，也可以直接得到结构形状比较复杂 的试件, 无需进
7、一步的加工，且产品力学性能 较好。 缺点：孔不连通，工艺成本高，往往适用延展性较 好的金属材料（如钛合金等）,否则易成轧制 缺陷。,产品应用： 用于制造隔振、缓冲、承载等的元件，比其他方法更适合用于制造复杂型面的轻质零件。,南京航空航天大学,3.3.1 电沉积法,3. 3 沉积法,原理： 电沉积法泡沫金属是先将聚氨酯软泡沫放入除油剂溶液中除油，然后依次经过粗化、敏化、活化、解胶、化学镀、电镀的过程就可以制得含有机基体的泡沫铜，然后将其进行焚烧，去除聚氨酯有机基体，再进行烧结还原处理，可获得泡沫金属。,南京航空航天大学,3.3.1 电沉积法,电沉积泡沫铜的放大结构,用于过滤的电沉积泡沫铜,南京航
8、空航天大学,3.3.1 电沉积法,电沉积法制备的泡沫金属优、缺点： 优点： 孔结构易于控制，孔连通，孔隙率高，孔隙 率可达97 。 缺点：电沉积法的主要缺点是受到极限电流密度的 限制，因此沉积速度较慢，生产效率低，成本 较高。,产品应用： 可用于消声、散热、 隔磁、电极、净化等器件的制造 。,南京航空航天大学,3.3.2 喷射电沉积法,原理： 在工件(阴极)和喷嘴(阳极)之间施加一定的电压，同时电解液高速喷射到阴极基板上，在喷射覆盖区，阴极与阳极通过电解液构成回路，此时喷射覆盖区有电流通过，产生电沉积，而其它部位没有电流通过，则不产生沉积。,南京航空航天大学,3.3.2 喷射电沉积法,喷射电沉
9、积泡沫镍,喷射电沉积获得的泡沫镍 的50倍和100倍形貌,南京航空航天大学,3.3.2喷射电沉积法,喷射电沉积法制备的泡沫金属优、缺点： 优点：是一种局部高速电沉积技术，比电沉积法效 率高，孔连通。 缺点：孔结构均匀性差。,产品应用： 可用于电极、散热、 净化填充等器件制造 。,南京航空航天大学,3.4 烧结法,3.4.1 金属粉末烧结法,原理： 将金属粉末松装于模具内进行无压烧结，在烧结过程中粉末颗粒相互粘结，从而形成多孔烧结体。烧结方式有物理反应烧结法、化学反应烧结法和激光烧结法。 该法所得产品孔率为40%60% 。为提高孔率，常加人疏松剂，它可在烧结时分解或挥发，也可通过升华或溶解而得以
10、去除。如在生产Fe Ni、Cu 、或其合金多孔体时，常加入甲基纤维素作疏松剂，孔率可提高到70%90%。,南京航空航天大学,3.4.1 金属粉末烧结法,激光烧结法制成的 Al - 7 %Si样品,金属粉末化学反应烧结法 烧结法获得的NiAl3,南京航空航天大学,3.4.1 金属粉末烧结法,金属粉末烧结法制备的泡沫金属优、缺点： 优点：成本不高，生产效率较高，孔隙率可达 7090（不同材质有所差异），可用 于多种泡沫金属制造。 缺点：孔隙分布和孔隙大小不均匀。,产品应用： 用于制造隔热、缓冲等元件，压制后可作为力学性能要求不高的板料。,南京航空航天大学,3.4.2 金属纤维烧结法,原理： 以金属
11、纤维作原料，在较高温度时物料产生初始液相，在表面张力和毛细管的作用下，物料颗粒相互接触，相互作用，冷却后物料发生固结而成为泡沫金属。,南京航空航天大学,3.4.1 金属粉末烧结法,短纤维泡沫金属,南京航空航天大学,3.4.2 金属纤维烧结法,金属纤维烧结法制备的泡沫金属优、缺点： 优点：纤维烧结法制备的多孔金属的渗透性比粉末 法制取的高几十倍，被称为“ 第二代多孔金属 过滤材料” ，孔隙率高（95%），比表面积大。 缺点：力学性能不高。,产品应用： 用于过滤元件、电极、燃料电池的制造。,南京航空航天大学,泡沫金属发展动态（1）,2000年，美 国 能 源 部 启 动Freedom Car 项目
12、，定下了2006年和2012年分别达到汽车自重减轻40%和60%的目标，其主要实现手段就是开发轻质高强材料。 德国在1999年启动一个在政府和汽车制造商支持下的几十所大学、研究所参加的关键泡沫金属材料大型研究项目，侧重于这些材料在汽车工业中的应用前景。,南京航空航天大学,泡沫金属发展动态（2）,开发模式：1）固态成形工艺、液态成形工艺、气态成形工艺、离子态 成形工艺都相应地、有针对性地发展；2） 多种金属复合，产品性能多元化（如泡沫铁 、镍 、铬 、 钴四元合金泡沫）； 3）应用纳米技术等微观手段向精细方向发展；4）泡沫结构由不规则构型向设计规定构型发展；5）工艺优化，性能升级，产品朝高质品、低成本和多功能 方向发展。,南京航空航天大学,谢 谢！,
