泡沫金属是一种金属基体中含有一定数量、一定尺寸孔径、一定孔隙率的金属材料。通常将闭孔结构的金属泡沫材料称为胞状金属,将孔隙率大于45%~90%的开孔金属泡沫材料称为多孔金属,孔隙率大于90%的开孔金属泡沫材料即为狭义范围的泡沫金属。泡沫金属是近几十年发展起来的一类新型多功能结构材料。与传统的屏蔽材料相比,其屏蔽效能高,能满足理想的精密仪器和设备的屏蔽需要;孔隙全部连通的泡沫铜或泡沫镍,其透气散热性好、密度低、比金属网的屏蔽性能高得多、体积小且轻便,更适合于移动设备的使用。
按照工艺技术的特点,泡沫金属材料的制备方法主要分为固态金属烧结法、液态金属凝同法和金属沉积法三类。
1)固态金属烧结法
该烧结法主要包括金属中空球烧结法,金属粉末烧结法和浆料烧结法等。金属中空球烧结法是通过将金属中空球烧结,使之扩散结合而制造泡沫金属的方法。此方法制造的泡沫金属材料兼有开孔和闭孔。金属中空球可通过在球型树脂表面上化学沉积或电沉积一层金属,然后将树脂除去;或将树脂球和金属粉一同混合,随后烧结使金属粉结合,同时树脂球挥发这两种方法制备。
金属粉末烧结法又叫粉末冶金法,是用金属粉末原料,经成形和烧结制造泡沫金属材料、复合材料及各种类型制品的工艺过程。采用此法制出的泡沫金属具有透过性能良好、孔径及孔率可调、比表面积大、耐高温和低温等特点。
浆料烧结法则是利用金属粉末、发泡剂和某些反应添加剂配成浆料,然后混入模具中进行加热,由于添加剂和发泡剂的作用,浆料黏度增加,并产生气体开始膨胀。在烧结完全后完全干燥,便可得到具有较大强度的泡沫金属。
2)液态金属凝固法
液态金属凝固法主要包括金属熔体发泡法、渗流铸造法和熔模铸造法等。金属熔体发泡法其原理是将熔融金属的黏度调节合适后,加入发泡剂,然后加热使发泡剂分解释放出气体,气体由于受热膨胀从而推动起泡过程,引起熔体的直接发泡,经冷却后即可形成泡沫金属。优点是工艺简单、成本低廉,适合大多数的工业生产。
渗流铸造法是将无机颗粒甚至有机颗粒或低密度中空球直接堆积置于铸模内,或制成多孔预制品后放入铸模内,然后在这些堆积体或预制体的孔隙中渗入金属熔体进行铸造,除去预制型的占位体即得到多孔金属材料。
熔模铸造法的工艺过程是将具有通孔结构的泡沫塑料加入到一定几何形状的容器中,然后充入有足够耐火性能的浆料,风干、硬化后进行焙烧使得泡沫海绵热分解除去形成复现原泡沫塑料网状结构的预制型。随后在预制型中浇入熔融态金属,经过冷却固化后采用合适的方式,除去壳体材料,最后得到再现原聚合物海绵结构的泡沫金属材料。
3)金属沉积法
喷射夹气沉积法是在一定惰性气体分压下,采用阴极喷射的方法在基体材料上沉积出夹杂惰性气体原子的金属,然后加热至金属熔点以上充分保温,使夹杂的气体膨胀而产生孔隙,冷却后得到具有闭孔结构的多孔金属材料。
电沉积法则是以金属的离子态为起点,将金属电镀于开孔的聚酯泡沫基体上,然后去除聚合物,而得到泡沫金属,主要过程分基材预处理、导电化处理、电沉积和还原烧结四步。图4--5~图4--8是利用上述方法制备泡沫金属的典型结构。
图4-5 浆料烧结法制备的泡沫金属
图4-6 金属熔体发泡法制备的泡沫金属
图4-7 粉末冶金法制备的泡沫金属
图4-8 渗流铸造法制备的泡沫金属
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