本發明涉及一種造孔劑燒結制備泡沫純鋁材料的方法。
背景技術：
泡沫鋁材料是一種在鋁或鋁合金基體中均勻分布著大量連通或不連通孔洞的新型輕質多功能材料，它兼有連續金屬相和分散空氣相的特點，具有優良的機械阻尼、消聲降噪、吸能、電磁屏蔽等功能，而且質輕、堅固、耐熱、美觀，在國民經濟建設和國防高科技等諸多領域有著廣泛的應用前景，已成為當今世界材料科學研究的重要內容之一。目前生產泡沫鋁材料的方法主要有熔體注氣法、粉末冶金法、發泡法、FORMGRIP 法、滲流鑄造法、燒結溶解法。這些方法存在一定的缺點，比如采用熔體注氣法很難控制氣泡尺寸；FORMGRIP法制備出的泡沫鋁因含有大量SiC而韌性變差，滲流鑄造法過程復雜，勞動強度較高；燒結溶解法工藝周期較長，成品內殘留的NaCl會造成基體局部腐蝕。發泡法做為一種嶄新的方法克服了上述的缺點，近年來，人們利用該方法已經生產出了泡沫鋁材料，但是由于采用TiH2作為發泡劑，價格較高，且有殘余Ti造成基體的污染，限制了此法在工業生產上的應用。因此，在選擇造孔劑時，其成本和雜質元素的影響必須要考慮在內。用碳酸氫銨作為造孔劑，在燒結過程中碳酸氫銨能完全分解為氣體排出爐外，能夠很好的解決造孔劑成本高和雜質元素污染基體的問題，而且易于控制孔洞尺寸。到目前為止，通過粉末冶金結合碳酸氫銨造孔劑生產泡沫純鋁材料的報道至今還尚未發現。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種低成本、工藝簡單、易于控制孔洞尺寸的泡沫純鋁材料及其制備方法。
本發明涉及的泡沫純鋁材料中，造孔劑為NH4HCO3顆粒，粒徑為300-500 μm，純度99.99%；鋁粉粒徑為50-100 mm，純度≥99.7%，其中：質量比Al: NH4HCO3=2-10:1。
泡沫純鋁材料的制備方法具體步驟為：
（1）將粒徑為50-100 mm的Al粉和粒徑為300-500 μm 的NH4HCO3顆粒按照質量比Al: NH4HCO3=2-10:1加入到石英管中，然后將石英管內充滿氬氣并將管口封牢，再將石英管固定到V型混粉機中旋轉12小時，使管中的Al粉和NH4HCO3顆粒混合均勻后，將石英管中的混合均勻的粉末取出。
（2）將步驟（1）混合均勻的粉末倒入方形模具中，在室溫下通過液壓式萬能材料試驗機用50-200 MPa的壓制力將粉末壓制成長方形狀（長 × 寬 × 高，50mm × 20 mm × 10 mm）生坯，再將壓制好的生坯放入石英管式燒結爐中。
(3)在石英管式燒結爐中持續地通入純度為99.99%的高純氬氣作為保護氣體，采取梯級加熱方式，先升溫至150℃-300℃并保溫2-3小時，將NH4HCO3顆粒加熱分解為CO2和H2O氣體后，通過流動的高純氬氣排出爐外，再升溫至620-650 ℃并保溫0.5-3小時進行燒結，隨后將試樣隨爐冷至室溫后獲得泡沫純鋁材料。
本發明制備的泡沫純鋁材料，造孔劑成本低，孔洞分布均勻，易于控制孔洞尺寸，且不存在雜質元素污染基體的問題，其平均孔徑為107 μm-263 μm，孔隙率為36%-76%，密度為0.68g/cm3-1.73g/cm3。
具體實施方式
實施例1：
（1）將粒徑為50mm的Al粉和粒徑為500 μm 的NH4HCO3顆粒按照質量比Al: NH4HCO3=2:1進行稱量并加入到石英管中，然后將石英管內充滿氬氣并將管口封牢，再將石英管固定到V型混粉機中旋轉12小時，使管中的Al粉和NH4HCO3顆粒混合均勻后，將石英管中的混合均勻的粉末取出。
（2）將步驟（1）混合均勻的粉末倒入方形模具中，在室溫下通過液壓式萬能材料試驗機用50MPa的壓制力將粉末壓制成長方形狀（長 × 寬 × 高，50mm × 20 mm × 10 mm）生坯，再將壓制好的生坯放入石英管式燒結爐中。
(3)在石英管式燒結爐中持續地通入純度為99.99%的高純氬氣作為保護氣體，采取梯級加熱方式，先升溫至200℃并保溫3小時，將NH4HCO3顆粒加熱分解為CO2和H2O氣體后，通過流動的高純氬氣排出爐外，再升溫至630 ℃并保溫1小時進行燒結，隨后將試樣隨爐冷至室溫后獲得泡沫純鋁材料。該材料的孔隙率為76%，平均孔徑為263 μm，密度為0.68g/cm3。
實施例2：
（1）將粒徑為50mm的Al粉和粒徑為400 μm 的NH4HCO3顆粒按照質量比Al: NH4HCO3=3:1進行稱量并加入到石英管中，然后將石英管內充滿氬氣并將管口封牢，再將石英管固定到V型混粉機中旋轉12小時，使管中的Al粉和NH4HCO3顆粒混合均勻后，將石英管中的混合均勻的粉末取出。
（2）將步驟（1）混合均勻的粉末倒入方形模具中，在室溫下通過液壓式萬能材料試驗機用100MPa的壓制力將粉末壓制成長方形狀（長 × 寬 × 高，50mm × 20 mm × 10 mm）生坯，再將壓制好的生坯放入石英管式燒結爐中。
(3)在石英管式燒結爐中持續地通入純度為99.99%的高純氬氣作為保護氣體，采取梯級加熱方式，先升溫至150℃并保溫3小時，將NH4HCO3顆粒加熱分解為CO2和H2O氣體后，通過流動的高純氬氣排出爐外，再升溫至620 ℃并保溫3小時進行燒結，隨后將試樣隨爐冷至室溫后獲得泡沫純鋁材料。該材料的孔隙率為58%，平均孔徑為181 μm，密度為1.13g/cm3。
實施例3：
（1）將粒徑為100mm的Al粉和粒徑為300 μm 的NH4HCO3顆粒按照質量比Al: NH4HCO3=4:1進行稱量并加入到石英管中，然后將石英管內充滿氬氣并將管口封牢，再將石英管固定到V型混粉機中旋轉12小時，使管中的Al粉和NH4HCO3顆粒混合均勻后，將石英管中的混合均勻的粉末取出。
（2）將步驟（1）混合均勻的粉末倒入方形模具中，在室溫下通過液壓式萬能材料試驗機用100MPa的壓制力將粉末壓制成長方形狀（長 × 寬 × 高，50mm × 20 mm × 10 mm）生坯，再將壓制好的生坯放入石英管式燒結爐中。
(3)在石英管式燒結爐中持續地通入純度為99.99%的高純氬氣作為保護氣體，采取梯級加熱方式，先升溫至300℃并保溫2小時，將NH4HCO3顆粒加熱分解為CO2和H2O氣體后，通過流動的高純氬氣排出爐外，再升溫至650 ℃并保溫0.5小時進行燒結，隨后將試樣隨爐冷至室溫后獲得泡沫純鋁材料。該材料的孔隙率為48%，平均孔徑為136 μm，密度為1.40g/cm3。
實施例4：
（1）將粒徑為100mm的Al粉和粒徑為300 μm 的NH4HCO3顆粒按照質量比Al: NH4HCO3=10:1進行稱量并加入到石英管中，然后將石英管內充滿氬氣并將管口封牢，再將石英管固定到V型混粉機中旋轉12小時，使管中的Al粉和NH4HCO3顆粒混合均勻后，將石英管中的混合均勻的粉末取出。
（2）將步驟（1）混合均勻的粉末倒入方形模具中，在室溫下通過液壓式萬能材料試驗機用200MPa的壓制力將粉末壓制成長方形狀（長 × 寬 × 高，50mm × 20 mm × 10 mm）生坯，再將壓制好的生坯放入石英管式燒結爐中。
(3)在石英管式燒結爐中持續地通入純度為99.99%的高純氬氣作為保護氣體，采取梯級加熱方式，先升溫至200℃并保溫3小時，將然后NH4HCO3顆粒加熱分解為CO2和H2O氣體后，通過流動的高純氬氣排出爐外，再升溫至640 ℃并保溫1小時進行燒結，隨后將試樣隨爐冷至室溫后獲得泡沫純鋁材料。該材料的孔隙率為36%，平均孔徑為107 μm，密度為1.73g/cm3。
需要指出的是，按照本發明的技術方案，上述實施例還可以舉出許多，根據申請人大量的實驗結果證明，在本發明的權利要求書所提出的范圍，均可以達到本發明的目的。