[发明专利]一种三维空间有序孔结构泡沫铝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种泡沫铝的制备方法，具体的涉及一种三维空间有序孔结构泡沫铝的制备方法。

背景技术

泡沫铝是一种新型的轻质结构功能材料，具有高比刚度、高比强度，优异的抗冲击性能、高能量吸收性能，同时还具有隔热、隔音、吸声、电磁屏蔽等功能，并且成本低，可循环利用，无毒害作用，是一种经济环保材料。泡沫铝可广泛应用于汽车工业、航空航天、建筑工业和铁路运输等等领域，在金属电极、吸附材料、消音材料、阻火器、水净化和热交换材料等领域也得到了广泛的应用，它在新材料领域占有不可取代的地位。常用的泡沫铝制备方法很多，应用最广泛的是铸造法和粉末冶金的方法。但是现有的泡沫铝制备方法不能任意控制和调整结构参数，孔隙率、孔结构的均匀性和连通性也较差。

发明内容

本发明提供一种三维空间有序孔结构泡沫铝的制备方法，这种三维空间有序的孔结构是以空间点阵中的体心立方晶胞为基础，该方法对孔结构、孔隙率可以任意控制和调整，可以保证孔结构的均匀一致。其中，该制备方法包含以下几个步骤：

步骤一、将铝合金在真空氛围下加热到一定温度进行熔化；

步骤二、将石墨颗粒和沥青、硅烷偶联剂、复合多元胺固化剂按照一定的比例混合均匀，获得3D打印的粉体；

步骤三、利用3D打印激光烧结步骤二的粉体，获得三维空间网络有序结构的石墨骨架；

步骤四、获得三维空间网络有序结构的石墨骨架进行石墨化处理，将石墨化后的石墨骨架放在模具中，再将铝合金液直接浇注到石墨骨架上，获得铝和石墨的复合材料；

步骤五、将铝和石墨的复合材料放在氧气氛围下进行多次氧化烧损，每次烧损后进行超声波清洗，即可制备出三维空间有序孔结构泡沫铝。

所述步骤一的铝合金应包含2~3%的镁，余量为铝，保证该铝合金的固相线温度高于600℃。

所述步骤一的铝块和镁块在真空炉中熔化成合金液，熔化合金液的温度为690±10℃，其中铝块和镁块的纯度大于99.5%。

所述步骤二的石墨颗粒采用天然鳞片石墨，过200目筛。

所述步骤二的3D打印粉体由石墨颗粒和粘接粉组成，其中粘接粉由沥青、固化剂和偶联剂按照一定的比例制成，粘接粉占3D打印粉体的比重为20~50%。

所述步骤二中的硅烷偶联剂占粘接剂的0.5~1.5%，复合多元氨固化剂占粘接剂的10~30%。

所述步骤三的三维有序结构的石墨骨架直径为1~5mm。

所述步骤四将合金液直接浇注到石墨骨架上，制备出石墨/铝复合材料。

所述步骤五种将石墨/铝复合材料进行三次氧化烧损，氧气的流量100~200ml/min，氧化温度为525~575℃，氧化时间2~5h。

所述步骤五中对每次氧化后的复合材料进行超声清洗。

本发明具有如下有益效果：

通过本发明的步骤制备出的泡沫铝孔径可在1~5mm范围内可调，孔径均匀一致，并通过对三维空间有序结构的设计，可以控制和调整孔隙率，孔隙率可在50%~95%范围内调整。另外，该方法制备的泡沫铝的孔是在三维空间有序分布的，通过控制这种有序结构，使泡沫铝获得优良的压缩性能，应力-应变曲线表现出弹性变形阶段，明显的塑性屈服平台段，以及致密段，表明具有良好的吸能特性，可以作为一种具有吸能性能的轻质材料。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步的说明：

图1为实施例一石墨骨架一示意图。

图2为实施例二石墨骨架二示意图。

图3为实施例一石墨骨架一制备三维空间有序孔结构泡沫铝示意图。

图4为实施例二石墨骨架二制备三维空间有序孔结构泡沫铝示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例一

步骤一、铝块和镁块按Al-2.5Mg的比例在真空炉中熔化成合金液，熔化温度为690℃，其中铝块和镁块的纯度大于99.5%。

步骤二、将1%的硅烷偶联剂，20%的复合多元胺固化剂，余量沥青进行混合，制成粘接粉，以30%的粘接粉混合70%石墨进行球磨混合，其中石墨为天然鳞片石墨，过200目筛，获得3D打印的粉体；

步骤三、利用3D打印激光烧结粉体，获得三维空间网络有序结构的石墨骨架一，其骨架以体心立方晶胞为基础，除了八个顶点中相邻的两个顶点相连外，还有过中心点的4条对角线，其中石墨骨架直径为2mm，如图1所示；