一种三维空间有序孔结构泡沫铝及其制备方法

摘要

本发明公开一种三维空间有序孔结构泡沫铝及其制备方法，该结构是以空间点阵中的体心立方晶胞为基础而形成的，具体是将铝合金在真空氛围下加热至熔化；将石墨颗粒和沥青、偶联剂、固化剂混合均匀，得3D打印的粉体；利用3D打印激光烧结粉体，得三维空间网络有序结构的石墨骨架后进行石墨化，将石墨化后的石墨骨架放在模具中，铝合金液直接浇注到石墨骨架上，得铝和石墨的复合材料；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，每次烧损后再进行超声波清洗，即可制备出三维空间有序孔结构泡沫铝。本发明可以通过控制三维空间网络有序结构的石墨骨架，设计孔径、孔的连通路径及泡沫铝的表观密度，使制备的泡沫铝更适合工业的需要。

权利要求

1.一种三维空间有序孔结构泡沫铝，其特征在于该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而形成的，在单个体心立方晶胞中，立方体8个顶角中相邻的原子相连，再将对角线的原子相连，形成12条棱边和4条对角线的孔结构，在上述的孔结构基础上，增加棱面的对角线原子联通，再将晶胞进行循环叠加，形成三维空间有序孔结构，每个孔结构至少和三个通孔相连，且形成的孔结构及空隙大小可任意控制及调整，并致孔结构均匀一致，所述原料铝为铝块，铝块中包含2%-3% wt%的镁块，且铝块、镁块的纯度均高于

99.5%。

2.权利要求1所述的三维空间有序孔结构泡沫铝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将铝合金在真空氛围下加热到690±10℃，致其熔化；

步骤二、将石墨颗粒和粘接剂混合均匀，获得3D打印粉体，其中粘接剂包括沥青、硅烷偶联剂、复合多元胺固化剂，其中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%，且石墨颗粒和粘接剂的重量比为50-80：20-50；

步骤三、利用3D打印激光烧结步骤二的3D打印粉体，使其形成具有三维空间有序结构的石墨骨架；

步骤四、对获得三维空间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。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的石墨骨架的直径在1~5mm。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，将石墨/铝复合材料进行三次氧化烧损，其中氧气的流量100~200ml/min，氧化温度为525~575℃，氧化时间2~5h。

说明书

一种三维空间有序孔结构泡沫铝及其制备方法

技术领域

[0001] 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

[0002] 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

[0003] 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：

[0004] 步骤一、将铝合金在真空氛围下加热到一定温度进行熔化；

[0005] 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；

[0006] 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；

[0007] 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；

[0008] 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。

[0009] 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℃。

[0010] 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%。

[0011] 所述步骤二的石墨颗粒采用天然鳞片石墨，过200目筛。

[0012] 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%。

[0013] 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%。

[0014] 所述步骤三的三维有序结构的石墨骨架直径为1~5mm。

[0015] 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。

[0016] 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。

[0017] 所述步骤五中对每次氧化后的复合材料进行超声清洗。

[0018] 本发明具有如下有益效果：

[0019] 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

[0020] 下面结合附图对本发明进一步的说明：

[0021] 图1为实施例一石墨骨架一示意图。

[0022] 图2为实施例二石墨骨架二示意图。

[0023] 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。

[0024] 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

[0025] 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

[0026] 实施例一

[0027] 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%。

[0028] 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；

[0029] 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；

[0030] 步骤四、对获得三维空间网络有序结构的石墨骨架进行石墨化，将石墨化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；

[0031] 步骤五、将铝和石墨的复合材料放在氧气氛围下进行三次氧化烧损，氧气流量为150ml/min，氧化温度为500℃，每次氧化时间为3h，且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，如图3所示，孔隙率为68.6%。

[0032] 实施例二

[0033] 步骤一、铝块和镁块按Al-2Mg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%。

[0034] 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；

[0035] 步骤三、利用3D打印激光烧结粉体，获得三维空间有序结构的石墨骨架二，与石墨骨架一的区别在石墨骨架一的基础上还有体心立方的六个平面的对角线，对角线的骨架为12个1mm的石墨骨架，如图2所示；

[0036] 步骤四、对获得三维空间网络有序结构的石墨骨架进行石墨化，将石墨化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；

[0037] 步骤五、将铝和石墨的复合材料放在氧气氛围下进行三次氧化烧损，氧气流量为100ml/min，氧化温度为550℃，每次氧化时间为2h，且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，如图4所示，孔隙率为87.3%。

[0038] 以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。