[发明专利]泡沫金属制备装置及制备方法

说明书

提供一种泡沫金属制备装置，一种泡沫金属制备装置，包括抽真空装置、腔室、靶材托件、引弧器及工件架，所述抽真空装置用于对腔室进行抽真空处理，所述靶材托件置于所述腔室内部用于承置金属靶材，所述引弧器与所述靶材托件电连接，用于激发所述金属靶材产生金属离子形成弧光放电，所述工件架置于所述腔室内部，所述工件架包括架体、第一转动轴和第二转动轴，所述第二转动轴设置在所述架体上，所述第一转动轴用于带动所述架体和所述第二转动轴整体旋转，所述第一转动轴与所述第二转动轴的轴线不重合。还提供一种用上述装置制备泡沫金属的制备方法。

技术领域

本发明涉及本发明涉及泡沫金属，尤其涉及一种用于泡沫金属制备装置及泡沫金属制备方法。

背景技术

自然界中存在不同类型的多孔结构，如浮石、木材、骨骼等，这些多孔结构的存在为材料提供了较低的密度和良好的结构和功能特性。受此启发，人们为了利用多孔结构的优良特性，制备了大量的人工多孔产品。其中，泡沫金属是一类结构与功能一体化材料，既有较高的比强度、比刚度，又能有效吸收能量、缓冲减震，还具有良好的阻燃性能，易于回收再利用。除此之外，泡沫金属还在吸声、散热、电磁屏蔽、生物相容等方面得到了研究人员的关注。因此，泡沫金属在建筑装饰、道路交通、航空航天、生物医用等领域拥有广阔的应用前景。

1925年，法国De Meller首次提出泡沫金属的概念。1948年，美国的BenjaminSoknik开始对泡沫铝展开研究，他首先利用两种物质之间沸点的不同，在铝熔体中加入汞，施加高压，随后在铝熔点附近降低压力，促使汞的挥发，最终留下孔洞，制备出了世界上第一块泡沫铝，并申请了专利US2434775。1956年，美国BRL(Bjorksten ResearchLaboratories)研究室的Elliott首次在专利US2751289中利用熔体直接发泡法制备出了泡沫铝，他设想在铝熔体中加入一种发泡剂，利用发泡剂热分解产生的气体在熔体内产生气泡，冷却后即可形成闭孔结构泡沫铝，发泡剂选用的是TiH₂或ZrH₂，目前该制备工艺仍然是制备泡沫金属的重要工艺之一。随着人们逐渐认识到泡沫金属是一种十分重要的高科技新材料，有着十分广泛的应用前景，多孔泡沫金属材料已成为世界各国争先开发的材料。目前，美国、德国、日本等国家在泡沫金属材料的制备、应用等方面的研究日趋完善，并申请了众多专利，引领了泡沫金属材料的发展。21世纪以来，泡沫金属研究领域呈现“百花齐放、百家争鸣”的姿态，新的制备方法不断涌现，泡沫金属的发展迎来了全盛时期。

现有的泡沫金属材料的主要制备方法可以分为四大类：一、熔体法；二、铸造法；三、粉末冶金法；四、金属沉积法。

第一类：熔体法主要包含熔体发泡法和吹气发泡法。熔体发泡法的基本原理是在金属熔体中加入发泡剂，发泡剂在高温下受热分解释放气体，在金属熔体中留下气泡，冷却凝固后形成泡沫金属；吹气发泡法是直接将气体通过一定的装置吹入混有SiC、MgO等高熔点陶瓷小颗粒的金属熔体中，气体在熔体中上浮、堆积、凝固成泡沫体，并通过一定方式收集。熔体法主要适用于低熔点金属，如铝、锌、锡等，主要优点是制备工艺设备简单、可工业化大规模制备，缺点是工艺过程难以控制，形成的气孔大小不均匀，波动范围大。

第二类：铸造法主要包含石膏型熔模铸造法和颗粒渗流铸造法。石膏型熔模铸造法工艺在压力作用下将金属液渗入到骨架孔隙中，待冷却后再溶除耐火材料，即得到与聚合物泡沫结构相同的泡沫金属；颗粒渗流铸造法是利用可溶、耐高温颗粒材料(例如NaCl颗粒)作为渗流骨架，在压力条件下将金属液渗入到颗粒的缝隙中，待金属凝固后将颗粒溶去即得到与渗流骨架结构相反的泡沫金属。铸造法由于受到占位材料熔点的限制，一般适用于低熔点金属。

第三类：粉末冶金法分为粉末压实发泡工艺和烧结-脱溶法。前者是将金属粉末和发泡剂粉末通过一定的方式混合均匀、压制、发泡从而产生多孔结构；而后者是将金属粉末与易溶耐高温颗粒材料按比例配制、混匀，烧结后从而获得泡沫结构。粉末冶金法优点是便于调整孔结构与孔隙率，可以制备形状复杂的工件和三明治板，同时可以制备高熔点泡沫金属，例如泡沫钛和泡沫镍，缺点是工艺成本较高，孔径分布不均匀。