專利名稱：一種泡沫鋁卷毯的生產(chǎn)裝置及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種生產(chǎn)泡沫鋁的工藝，特別涉及一種生產(chǎn)孔徑細小、均勻、孔隙率高、大面積的通孔泡沫鋁卷毯的生產(chǎn)裝置及其利用該生產(chǎn)裝置制備泡沫鋁卷毯的方法。
背景技術(shù)：
泡沫鋁是多孔泡沫金屬中最常見、應(yīng)用前景最好的一種材料，它是一種利用金屬表面的物理特性產(chǎn)生特殊作用的結(jié)構(gòu)功能材料。由于它具有特殊的結(jié)構(gòu)，所以，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及材料結(jié)構(gòu)和物理學(xué)的若干重要領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用，主要在汽車、航天、建筑等多種工業(yè)中；功能應(yīng)用包括阻尼內(nèi)耗、聲學(xué)、熱物理、多孔介質(zhì)中流動、電磁學(xué)等。
多孔泡沫金屬材料有五十多年的歷史，因其最初采用汞作發(fā)泡劑發(fā)泡，該發(fā)泡法工藝控制很困難，故多孔泡沫金屬的研制工作停止了近二十年。直到找到新的發(fā)泡劑，多孔泡沫金屬的研制才進入一個新的階段。隨著人們逐漸認識到這是一種十分重要的高科技新材料，有著十分廣泛的應(yīng)用前景，多孔泡沫金屬材料已成為世界各國爭先開發(fā)的材料。日本、美國、西歐連年投入大量資金研究該項目，并在制備方法上，在制備過程的重要參數(shù)的模擬方面取得了某些重要進展，在一些專利文獻上公開了許多這方面的技術(shù)內(nèi)容，使多孔泡沫金屬材料在近十幾年內(nèi)有了長足的進展。新的制備方法的不斷涌現(xiàn)、控制技術(shù)日趨完善。
現(xiàn)有的多孔泡沫金屬材料的主要制備方法可以分為三大類
一、發(fā)泡法制備工藝(液態(tài)、固態(tài))；二、滲流鑄造法制備工藝；三、電沉積工藝。
第一類液態(tài)金屬發(fā)泡法制備工藝是把鋁或鋁合金熔化后，在一定溫度下保溫，攪拌，加增粘劑，再加發(fā)泡劑，或者在坩堝中凝固，或者澆注到模型中凝固，即可得到泡沫鋁；固態(tài)發(fā)泡法又可稱為粉末冶金法。把純鋁粉或鋁合金粉末同一定比例的發(fā)泡劑均勻混合在一起，壓實成坯料，放在可控氣氛爐中，按一定工藝燒結(jié)，就可生產(chǎn)出泡沫鋁。從上述生產(chǎn)工藝就可知道，用這種方法生產(chǎn)的泡沫鋁的孔徑大小，均勻程度以及孔隙率，均有很大的不確定性。因此，廢品率較高。這種方法生產(chǎn)的泡沫鋁，孔互不連通，被稱為閉孔泡沫鋁。
第二類滲流鑄造法制備泡沫鋁的工藝是用一定尺寸的固體顆粒(如溶鹽、玻璃、陶瓷等)堆積在一起，然后，把熔融的鋁液澆注到固體顆粒的縫隙中，冷凝后再把固體顆粒除掉，就得到了泡沫鋁。這種方法生產(chǎn)的泡沫鋁的孔相互連通，稱為通孔泡沫鋁。它的孔徑的均勻性可以做到，但其孔隙率較低。
第三類電沉積工藝又可稱為電鍍工藝?？煞譃闈耠婂兎ê透呻婂兎āＴ谒苄噪婂円褐须婂兪巧a(chǎn)泡沫鎳的主要工藝方法。在非水溶性電鍍液中電鍍可用來生產(chǎn)泡沫鋁。而干電鍍法是無電鍍液電鍍，或稱物理氣相沉積法。
第一、二類兩種工藝生產(chǎn)的泡沫鋁的結(jié)構(gòu)特征如下孔徑比較大為φ0.3～8mm，且不均勻，空隙率為60~90％，比表面積1000~4500m/m。實際生產(chǎn)中，結(jié)構(gòu)控制較困難，廢品率較高，因此，成本較高。由于泡沫鋁的性能主要取決于它的結(jié)構(gòu)，因此，用這兩種方法生產(chǎn)的泡沫鋁的各種性能已很難再提高。如何控制泡沫鋁的孔結(jié)構(gòu)，使它更穩(wěn)定、更細小、更均勻，降低廢品率，一直是生產(chǎn)廠商追求的目標(biāo)。
濕電鍍工藝是當(dāng)前生產(chǎn)泡沫鎳的主要工藝方法。電沉積法生產(chǎn)的泡沫金屬的孔結(jié)構(gòu)主要取決于所選擇的基底材料。也就是說所選用的泡沫塑料的結(jié)構(gòu)是什么樣，泡沫金屬的結(jié)構(gòu)就是甚么樣。這就從根本上解決了泡沫金屬的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定了，性能的穩(wěn)定性問題就迎刃而解了。由于它的結(jié)構(gòu)取決于泡沫塑料的結(jié)構(gòu)，因此，廢品率低，成本較低。然而，水溶性電鍍液電鍍只能用來鍍鎳、鐵、銅、鈷、鉻等金屬。電沉積法生產(chǎn)泡沫金屬，在一些國外專利中曾報導(dǎo)過，如EP-B1-0151064、US5503941專利中提到生產(chǎn)泡沫鎳；DE10123585專利中涉及到生產(chǎn)可膨脹金屬和泡沫金屬，但均為銅、鎳、鈷、鐵等金屬，不包括鋁；EP921210專利中涉及到用覆蓋和燒結(jié)的方法生產(chǎn)多孔鎳-鋁合金復(fù)合材料，其中，鎳層是采用電沉積方法，而鋁層則是采用有機化合物熱分解法沉積的。
本發(fā)明人曾針對上述發(fā)泡法或滲流鑄造法存在的結(jié)構(gòu)控制較困難，廢品率較高的問題，提出一種采用電沉積法，以非水溶性鍍液——無水有機烷基鋁電解液生產(chǎn)泡沫鋁的方法，從根本上解決了泡沫鋁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題，制備出孔徑細小、均勻、孔隙率高的通孔泡沫鋁。但是，因有機鍍液都是易燃的，故其是安全生產(chǎn)的最大的隱患。另外，有機鍍液對環(huán)境的污染問題也不容忽視。因此，該制備方法需進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種泡沫鋁卷毯的生產(chǎn)裝置及其制備方法，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、使用安全，它從根本上解決了生產(chǎn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的、大面積的孔徑細小、均勻、孔隙率高的通孔泡沫鋁問題，與濕電鍍法相比，具有顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量，明顯降低廢品率，確保生產(chǎn)安全，對環(huán)境無污染的優(yōu)點。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的該生產(chǎn)裝置包括機體、組裝其內(nèi)的卷繞機構(gòu)和電弧式金屬蒸發(fā)器，其技術(shù)要點是卷繞機構(gòu)的基底材料開卷軸輥和收卷軸輥旁分別設(shè)置軸輥半徑測量傳感器，正對利用導(dǎo)向輥張緊的基底材料上、下表面均勻排列至少上、下兩排電弧式金屬蒸發(fā)器，每排至少并列4個電弧式金屬蒸發(fā)器，在各導(dǎo)向輥旁分別設(shè)置張力測量傳感器。
上述生產(chǎn)裝置機體內(nèi)的電弧式金屬蒸發(fā)器的靶材為工業(yè)純鋁，工作電流為25-120A、負偏壓電源電壓為500-1000V、電流為20-40A。
采用上述的生產(chǎn)裝置制備泡沫鋁卷毯的方法，采用如下操作步驟選用泡沫塑料作為基底材料，經(jīng)脫脂、去應(yīng)力、去氣、收卷、真空塑封的預(yù)處理后，置于機體中的開卷軸輥上，除去塑封，卷頭固定在收卷軸輥上，關(guān)閉機體門，開啟真空閥門抽真空，當(dāng)達到10--10-4Pa后，通入氬氣，氬氣壓力為1.33×10~1.33×10-Pa。啟動卷繞機構(gòu)，與此同時，引燃電弧式金屬蒸發(fā)器，開啟負偏壓電源，基底材料以設(shè)定的線速度移動，均勻的沉積上需要量的鋁后，關(guān)閉卷繞機構(gòu)，關(guān)閉電弧式金屬蒸發(fā)器，關(guān)閉負偏壓電源，關(guān)閉真空閥門，放氣，打開機體門，取出制成的泡沫鋁卷毯。
上述方法中基底材料為有機泡沫材料，選用聚亞安脂、聚脂、聚苯乙烯、多酚、聚乙烯、聚丙乙烯。
采用上述方法制備的泡沫鋁卷毯為提高其強度和韌性，可以在無氧(如真空、墮性氣體、氮氣或氮氫混合氣)條件下，于400-500℃溫度下進行高溫分解熱處理。除去里面的有機泡沫材料也可以用其它的熱處理方法，代替高溫分解法。熱處理條件也可選擇燒結(jié)電沉積的金屬鋁，使泡沫鋁卷毯結(jié)構(gòu)強度增強。
由于本發(fā)明采用經(jīng)預(yù)處理的泡沫材料作為基底材料，利用專用生產(chǎn)裝置制備泡沫鋁卷毯，不用易燃的有機鍍液，消除了安全生產(chǎn)的最大的隱患和有機鍍液對環(huán)境的污染問題，所以該裝置不僅結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、使用安全，而且利用該生產(chǎn)裝置制備泡沫鋁卷毯的方法，從根本上解決了生產(chǎn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的、大面積的孔徑細小、均勻、孔隙率高的通孔泡沫鋁問題，與濕電鍍法相比，具有顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量，明顯降低廢品率，確保生產(chǎn)安全，對環(huán)境無污染的優(yōu)點。本發(fā)明制備出的泡沫鋁卷毯的主要結(jié)構(gòu)特性主要根據(jù)實際需要確定，并依此選擇基底材料、電弧式金屬蒸發(fā)器工作電流和負偏壓電源的控制、基底材料的運動速度等。其主要結(jié)構(gòu)特性經(jīng)實際檢測結(jié)果如下孔隙2.5~30個/cm孔徑0.1~3.2mm 表面積500~7500m2/m3厚度2~20mm 密度0.10~0.34g/cm2鍍層厚度10~20m
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。


圖1是本發(fā)明的一種生產(chǎn)裝置具體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是選用聚亞安酯泡沫作基底材料生產(chǎn)的泡沫鋁卷毯的掃描電鏡圖片。
圖3是選用聚乙烯作基底材料生產(chǎn)的泡沫鋁卷毯的掃描電鏡圖片。
圖4是選用聚苯乙烯作基底材料生產(chǎn)的泡沫鋁卷毯實物圖片。
具體實施例方式
根據(jù)圖1和實施方式詳細說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)和工作過程。該生產(chǎn)裝置的規(guī)格應(yīng)按照所制備的包括機體1、組裝其內(nèi)的卷繞機構(gòu)和常規(guī)電弧式金屬蒸發(fā)器3。其中卷繞機構(gòu)由電機傳動裝置(圖中未示出)驅(qū)動的基底材料6的開卷軸輥2、收卷軸輥4及其導(dǎo)向輥7等構(gòu)成。開卷軸輥2和收卷軸輥4旁分別設(shè)置軸輥半徑測量傳感器4，用來監(jiān)測基底材料6的卷取半徑。正對利用導(dǎo)向輥7張緊的基底材料6的上、下表面，均勻排列至少上、下兩排電弧式金屬蒸發(fā)器，每排至少并列4個電弧式金屬蒸發(fā)器。在各導(dǎo)向輥7旁分別設(shè)置張力測量傳感器8，以控制該導(dǎo)向輥7對基底材料6的適宜張力。在機體1內(nèi)的電弧式金屬蒸發(fā)器3的靶材為工業(yè)純鋁，工作電流為25-120A、負偏壓電源電壓為500-1000V、電流為20-40A。其基底材料的選擇、電弧式金屬蒸發(fā)器工作電流和負偏壓電源的控制、基底材料的運動速度等，主要根據(jù)制備出的泡沫鋁卷毯的主要結(jié)構(gòu)特性的實際需要確定。
實施例一選用聚亞安酯泡沫作為基底材料，平均孔徑為0.60mm，孔隙率90％，厚度2mm，經(jīng)脫脂、去應(yīng)力、去氣、收卷、真空塑封后，置于機體中的開卷軸輥上，除去塑封，卷頭固定在收卷軸輥上，關(guān)閉機體門，開啟真空閥門抽真空，當(dāng)達到10--10-4Pa后，通入氬氣，氬氣壓力為1.33×10~1.33×10-Pa。啟動卷繞機構(gòu)，與此同時逐一引燃4排共16個電弧式金屬蒸發(fā)器。此時，打開負偏壓電源。蒸發(fā)器的工作電流27-35A、負偏壓電源電壓為500V、電流為40A。聚安酯泡沫基底材料以1m/h的線速度移動，均勻的沉積上一層鋁。當(dāng)基底材料用完后，關(guān)閉卷繞機構(gòu)，逐一關(guān)閉電弧式金屬蒸發(fā)器，關(guān)閉負偏壓電源，關(guān)閉真空伐門，放氣，打開爐門，取出制成的泡沫鋁卷毯。一個生產(chǎn)周期結(jié)束。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。孔徑0.59mm，孔隙率89.4％。鋁鍍層厚度約18m。由圖2所示的照片上可以看出鋁骨架的中心是空的，換句話說鋁骨架是由厚度為18m的鋁管構(gòu)成的。這就是說用這種方法生產(chǎn)的泡沫鋁卷毯的孔隙率比實測的孔隙率大。因此，它的使用性能更佳。
實施例二選用聚乙烯泡沫作為基底材料，平均孔徑為0.80mm，孔隙率92％。厚度2.5mm。經(jīng)脫脂、去應(yīng)力、去氣、收卷、真空塑封后，置于機體中的開卷軸輥上，除去塑封，卷頭固定在收卷軸輥上，關(guān)閉機體門，開啟真空閥門抽真空，當(dāng)達到10--10-4Pa后，通入氬氣，氬氣壓力為1.33×10~1.33×10-Pa。啟動卷繞機構(gòu)，與此同時逐一引燃4排共16個電弧式金屬蒸發(fā)器。此時，打開負偏壓電源。蒸發(fā)器的工作電流35-50A、負偏壓電源電壓為1000V、電流為20A。聚安酯泡沫基底材料以10m/h的線速度移動，均勻的沉積上一層鋁。當(dāng)基底材料用完后，關(guān)閉卷繞機構(gòu)，逐一關(guān)閉電弧式金屬蒸發(fā)器，關(guān)閉負偏壓電源，關(guān)閉真空伐門，放氣，打開爐門，取出制成的泡沫鋁卷毯。一個生產(chǎn)周期結(jié)束。其結(jié)構(gòu)如圖3所示，孔徑0.65mm，孔隙率90.4％。鋁鍍層厚度約12m。
實施例三選用聚苯乙烯泡沫作為基底材料，平均孔徑為2.80mm，孔隙率94％。厚度20mm。經(jīng)脫脂、去應(yīng)力、去氣、收卷、真空塑封后，置于機體中的開卷軸輥上，除去塑封，卷頭固定在收卷軸輥上，關(guān)閉機體門，開啟真空閥門抽真空，當(dāng)達到10--10-4Pa后，通入氬氣，氬氣壓力為1.33×10~1.33×10-Pa。啟動卷繞機構(gòu)，與此同時逐一引燃6排共24個電弧式金屬蒸發(fā)器。此時，打開負偏壓電源。蒸發(fā)器的工作電流50-70A、負偏壓電源電壓為700V、電流為30A。聚苯乙烯泡沫基底材料以5m/h的線速度移動，均勻的沉積上一層鋁。當(dāng)基底材料用完后，關(guān)閉卷繞機構(gòu)，逐一關(guān)閉電弧式金屬蒸發(fā)器，關(guān)閉負偏壓電源，關(guān)閉真空伐門，放氣，打開爐門，取出泡沫鋁卷毯。在無氧條件下400-500℃下進行熱處理。一個生產(chǎn)周期結(jié)束。其結(jié)構(gòu)如圖3所示，孔徑2.59mm，孔隙率94.4％。鋁鍍層厚度約20m。
權(quán)利要求
1.一種泡沫鋁卷毯的生產(chǎn)裝置，包括機體、組裝其內(nèi)的卷繞機構(gòu)和電弧式金屬蒸發(fā)器，其特征在于卷繞機構(gòu)的基底材料開卷軸輥和收卷軸輥旁分別設(shè)置軸輥半徑測量傳感器，正對利用導(dǎo)向輥張緊的基底材料上、下表面均勻排列至少上、下兩排電弧式金屬蒸發(fā)器，每排至少并列4個電弧式金屬蒸發(fā)器，在各導(dǎo)向輥旁分別設(shè)置張力測量傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡沫鋁卷毯的生產(chǎn)裝置，其特征在于機體內(nèi)的電弧式金屬蒸發(fā)器的靶材為工業(yè)純鋁，工作電流為25-120A、負偏壓電源電壓為500-1000V、電流為20-40A。
3.一種利用權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)裝置制備泡沫鋁卷毯的方法，其特征在于采用如下操作步驟選用泡沫塑料作為基底材料，經(jīng)脫脂、去應(yīng)力、去氣、收卷、真空塑封的預(yù)處理后，置于機體中的開卷軸輥上，除去塑封，卷頭固定在收卷軸輥上，關(guān)閉機體門，開啟真空閥門抽真空，當(dāng)達到10--10-4Pa后，通入氬氣，氬氣壓力為1.33×10~1.33×10-Pa。啟動卷繞機構(gòu)，與此同時，引燃電弧式金屬蒸發(fā)器，開啟負偏壓電源，基底材料以設(shè)定的線速度移動，均勻的沉積上需要量的鋁后，關(guān)閉卷繞機構(gòu)，關(guān)閉電弧式金屬蒸發(fā)器，關(guān)閉負偏壓電源，關(guān)閉真空閥門，放氣，打開機體門，取出制成的泡沫鋁卷毯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的泡沫鋁卷毯的制備方法，其特征在于基底材料為有機泡沫材料，選用聚亞安脂、聚脂、聚苯乙烯、多酚、聚乙烯、聚丙乙烯；
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的泡沫鋁卷毯的制備方法，其特征在于該泡沫鋁在無氧條件下，于400-500℃溫度下進行熱處理。
全文摘要
一種泡沫鋁卷毯的生產(chǎn)裝置及其制備方法，該生產(chǎn)裝置包括機體、組裝其內(nèi)的卷繞機構(gòu)和電弧式金屬蒸發(fā)器，其技術(shù)要點是卷繞機構(gòu)的基底材料開卷軸輥和收卷軸輥旁分別設(shè)置軸輥半徑測量傳感器，正對利用導(dǎo)向輥張緊的基底材料上、下表面均勻排列至少上、下兩排電弧式金屬蒸發(fā)器，每排至少并列4個電弧式金屬蒸發(fā)器，在各導(dǎo)向輥旁分別設(shè)置張力測量傳感器。該裝置不僅結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、使用安全，而且利用該生產(chǎn)裝置制備泡沫鋁卷毯的方法，從根本上解決了生產(chǎn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的、大面積的孔徑細小、均勻、孔隙率高的通孔泡沫鋁問題，與濕電鍍法相比，具有顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量，明顯降低廢品率，確保生產(chǎn)安全，對環(huán)境無污染的優(yōu)點。
文檔編號C23C14/24GK1515700SQ03134168
公開日2004年7月28日 申請日期2003年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月26日
發(fā)明者孫偉成 申請人:孫偉成