[发明专利]一种泡沫铝Kagome蜂窝夹芯结构材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种泡沫铝Kagome蜂窝夹芯结构材料及其制备方法与应用，该材料是通过将增粘剂和发泡剂加入到铝合金熔体中，经搅拌、冷却、研磨后再在Kagome蜂窝结构模具中发泡制得其制备方法，具体包括以下步骤：将合金铝加热熔融成熔体后，在搅拌下加入增粘剂和发泡剂；将上述步骤处理后的熔体中的发泡剂发泡前冷却凝固为固体后，再将所述固体研磨成粉末状；将上述步骤得到的粉末加入预先制好的Kagome蜂窝结构模具中，加热熔融、保温发泡，冷却得到所述泡沫铝Kagome蜂窝夹芯结构材料。与现有技术相比，该材料不仅具有吸能降噪、轻质、高比刚度、高比强度、耐热等通性外，还具备良好的吸能散热功能。

技术领域

本发明涉及功能材料科学技术领域，具体涉及一种泡沫铝Kagome蜂窝夹芯结构材料的制备方法。

背景技术

随着科学的不断发展及社会的日益进步，对于新型具有特殊功能的材料的探索与研究受到愈来愈多关注，这也成为未来材料科学领域发展的必然趋势；同时，随着人们对产品品质需求地不升提升，对于材料性能也提出了更多的要求，逐渐从单一的性能向多功能转换。

高孔隙率泡沫金属是一种以金属为基体，采用发泡等生产工艺制造而成的具有大量孔洞结构的金属材料，其独特的微观结构决定了泡沫金属具有独特的力学和其他多功能特性，泡沫铝材料具有轻质、高比强度、高比刚度，耐热和高效吸能等优点，在冶金、建筑、交通、化工和通讯等领域得到广泛的应用。然而，由于结构原因导致其总体散热能力不佳，这使得其在部分领域的应用受到了限制。

点阵夹芯结构是由哈弗大学的Evans教授、剑桥大学的Ashby教授及MIT的Gibson教授等人提出的一种新型结构，它是通过模拟分子点阵构型而设计出来的含静定/静不定多孔有序微结构的仿生结构，类似于现有技术中的空间网架的缩小版。这类结构中“truss”的长度一般在10mm-100mm。该结构具有超轻、比刚度高、比强度大可控等优化设计能力以及吸能、降噪、隔热、制动、优良得散热性能等多功能性。目前，一些研究者提出了点阵材料的多种拓扑结构，主要包括四面体型、金字塔型、Kagome构型、八面体及Lattice block构架等，其制备方法主要是基于金属纤维编制工艺基础之上的网系叠层点焊方案、熔模铸造方案或轧制-电镀焊接方案。相关研究表明，Kagome点阵夹芯结构相对于四面体型、金字塔型具有更强的强度和抗屈曲性能，更优良得散热性能，在受剪切作用时表现出更好的各向同性且能量吸收和耗散也更多。

基于此，若能将Kagome点阵夹芯结构应用到高孔隙率泡沫金属领域将有望解决高孔隙率泡沫金属存在的总体散热能力不佳问题，然而现有技术中尚未有相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种既具有泡沫金属特性又具备蜂窝结构的良好散热性能、高比刚度及轻质特点的泡沫铝Kagome蜂窝夹芯结构材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种泡沫铝Kagome蜂窝夹芯结构材料，所述材料是通过将增粘剂和发泡剂加入到铝合金熔体中，经搅拌、冷却、研磨后再在Kagome蜂窝结构模具中发泡制得。

本发明的有益效果在于：本发明方案的泡沫铝Kagome蜂窝夹芯结构材料，在相同的质量下，夹芯结构材料吸收的能量是相同质量实体的三倍，且在相等的冲量作用下夹芯结构吸收的能量大于实体结构吸收能量的两倍；对其进行剪切实验表明该结构在塑性屈服的前后都表现出很好的各相同性特征，且夹芯结构中芯体的所占比例越大则整个结构的刚度越大，抗冲击能力也将越强。

本发明还包括上述泡沫铝Kagome蜂窝夹芯结构材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1、将合金铝加热熔融成熔体后，在搅拌下加入增粘剂和发泡剂；

S2、将所述步骤S1处理后的熔体在发泡剂发泡前冷却凝固为固体，再将所述固体研磨成粉末状；