[发明专利]一种制备泡沫氧化铝和泡沫铝/氧化铝复合材料的方法

说明书

本发明开发了一种通过反应烧结金属铝近净尺寸制备泡沫氧化铝铝和泡沫铝/氧化铝复合材料的方法，该方法包括如下步骤：以金属铝粉为原料粉体，配制总固相含量为10～50wt％的金属铝水基浆料。在上述浆料中加入浆料质量0.02～0.4wt％作为表面活性剂的十二烷基硫酸钠(SDS)，调节pH至5～8。通过机械搅拌方式对浆料进行发泡得到稳定泡沫，干燥后烧结可获得泡沫氧化铝和泡沫铝/氧化铝复合材料。该泡沫结构具有多级孔结构，孔壁为由空心球堆积而成。本发明制备工艺简单，成本低廉，可制备不同铝/氧化铝成分的复合材料。所制备泡沫材料具有近净尺寸成型的特点，其烧结收缩率仅为‑5～5％。

技术领域

本发明涉及金属/陶瓷复合材料、多级孔泡沫材料、空心球材料、近净尺寸成型材料的制备，具体涉及一种通过反应烧结金属铝近净尺寸制备泡沫铝和泡沫铝/氧化铝复合材料的方法。

背景技术

多孔氧化物陶瓷结合了泡沫材料和氧化物陶瓷的优点，具有保温绝热性能好，密度小，耐高温、耐腐蚀、高温状态下化学稳定等许多特点。随着现代工业的飞速发展，特别是高技术的进步，对材料的优异综合性能提出了越来越高的要求。金属/陶瓷复合材料因为结合两者的优点而成为一种重要的复合材料。然而如何实现两种材料的均匀复合仍然充满挑战。

另一方面，陶瓷材料在烧结过程中存在很大收缩，尤其是高气孔泡沫陶瓷，其收缩率高达20％，因此容易造成样品的变形开裂。如何制备低收缩近净尺寸制备泡沫陶瓷一直以来都是一个难题。

发明内容

针对上述背景技术存在的问题，本发明开发了一种通过反应烧结金属铝近净尺寸制备泡沫铝和泡沫铝/氧化铝复合材料的方法。所制备的泡沫材料具有近净尺寸特点，其烧结收缩率仅为-5～5％。超低的收缩率一方面是由于反应烧结膨胀，更主要的是由于金属铝粉体在熔融后向外扩散形成中空结构。进一步，其制备工艺简单，成本低廉，无需价格高昂的生产设备，具有潜在应用价值。

本发明采用技术路线如下：

一种通过反应烧结金属铝近净尺寸制备泡沫氧化铝和泡沫铝/氧化铝复合材料的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)以粒径范围为0.3～5μm的金属铝粉为原料粉体，配制总固相含量为10～50wt％的金属铝水基浆料。

(2)在上述浆料中加入浆料质量0.02～0.4wt％作为表面活性剂的十二烷基硫酸钠(SDS)，调节pH至5～8。

(3)通过机械搅拌方式对浆料进行发泡得到稳定泡沫，转速为1200～5000rmp。所述搅拌的时间是5-20分钟。

(4)将干燥后的干坯在空气气氛下烧结，以0.5～2℃/min升温速率加热至700～1500℃，保温0.5～5h。所述干燥的时间是5-40h，得到干坯

本发明制备的泡沫材料既具有以几十微米闭孔结构为主体的一级宏孔结构，同时具有由空心球堆积紧密而成的二级孔结构孔壁。

通过调控烧结温度可以实现对泡沫氧化铝和泡沫铝/氧化铝成分的可控调节，当烧结温度为650～900℃时可得到泡沫铝/氧化铝复合材料，当烧结温度超过1200℃时，金属铝全部转化为氧化铝，制备得到泡沫氧化铝陶瓷空心球泡沫材料，因此本发明既可以制备铝/氧化铝复合泡沫材料，也可制备氧化铝泡沫陶瓷。

所制备泡沫材料具有近净尺寸特点，其烧结收缩率仅为-5～5％。

本发明的有益效果是：①本方法所制备的泡沫材料孔壁是由中空球形粉体堆积而成，有效的降低了泡沫材料的容重，提升了保温性能和韧性。②通过调控烧结温度可以实现对铝/氧化铝成分的可控调节。③该方法每个生产环节不产生有毒、有害物质，环境友好，且其制备工艺简单，成本低廉，无需价格高昂的生产设备。④所制备泡沫材料具有近净尺寸特点，其烧结收缩率仅为0～5％，有效抑制了样品的开裂和变形。

附图说明