[发明专利]一种回收铝灰空心球/铝基复合泡沫材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种回收铝灰空心球/铝基复合泡沫材料及其制备方法，属于铝工业固废资源再利用与金属材料加工技术领域。本发明使用铝基体代替树脂基体制备复合泡沫材料，以铝灰作为空心球原料，能够显著提高复合泡沫材料的强度和比吸能；由于提取金属铝后的铝灰中中空的氧化铝颗粒含量较高，与铝基体相比，空心颗粒具有较低的密度，铝灰空心球与铝基体复合后，能够制造量轻化的产品，所得回收铝灰空心球/铝基复合泡沫材料具有低密度、高比刚度、高能量吸收能力、优异的机械及声学阻尼性能等性能优点，在航空航天、交通运输、国防和建筑等领域有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及铝工业固废资源再利用与金属材料加工技术领域，特别涉及一种回收铝灰空心球/铝基复合泡沫材料及其制备方法。

背景技术

作为铝工业主要的副产品，铝灰产生于所有铝发生熔融的工序，其中的铝含量约占铝生产使用过程中总损失量的1～12％。以往，人们把铝灰当作废渣堆弃，此举不仅造成铝资源浪费还会带来环境问题。因此，寻找经济有效的方法加以利用和治理铝灰，不仅将提高铝行业的经济效益，在实现资源的有效循环利用的同时，还将对实现经济、社会的可持续发展产生重要的影响。

复合泡沫是一种将空心球填充到树脂基体中组成的材料，ASTM标准将复合泡沫限制到聚合物基体。然而，以聚合物为基体的复合泡沫，多存在强度低、能量吸收能力低的缺陷，限制了其在航空航天、交通运输、国防和建筑等领域的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种回收铝灰空心球/铝基复合泡沫材料及其制备方法，本发明制备得到的回收铝灰空心球/铝基复合泡沫材料具有良好的机械强度和高比吸能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种回收铝灰空心球/铝基复合泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

在模具中自下而上依次放置回收的铝灰颗粒、耐高温过滤棉和铝合金固体，所述耐高温过滤棉覆盖铝灰颗粒；

对盛有铝灰颗粒、耐高温过滤棉和铝合金固体的模具进行加热，熔化铝合金固体，在耐高温过滤棉表面获得铝液；

在所述铝液表面施加压力，使铝液渗过耐高温过滤棉与铝灰颗粒混合，冷却后得到回收铝灰空心球/铝基复合泡沫材料。

优选的，所述铝灰颗粒为小颗粒、中颗粒或大颗粒；

所述小颗粒的粒径为125～250μm，所述中颗粒的粒径为250～425μm，所述大颗粒的粒径为425～1000μm。

优选的，所述铝灰颗粒为加热硬化后铝灰颗粒，所述加热硬化的温度为400～450℃。

优选的，所述铝灰颗粒的成分包括Al₂O₃、MgO、Fe₂O₃、SiO₂、Al和杂质；

以质量百分含量计，所述Al₂O₃、MgO、Fe₂O₃、SiO₂的总含量≥85％；所述Al的含量≤7％，所述杂质的含量≤9％。

优选的，所述铝灰颗粒的密度为1～1.5g/cm²，孔隙率为15～40％，杨氏模量为45～115GPa，硬度为1.5～5GPa。

优选的，所述铝合金固体的体积与铝灰颗粒的体积比为0.5～1:1。

优选的，所述耐高温过滤棉为高岭棉纤维。

优选的，所述熔化铝合金固体的温度为700～715℃；所述铝块熔化后静置30～40min；

所述施加压力的大小为6～12MPa，时间≤30s。