3、往复荷载作用下泡沫铝夹芯梁结构的力学行为研究

1.2泡沫铝材料的国内外研究现状

1.2.1制备方法

20世纪40年代末，美国的A.Sosnik就首先研究了泡沫铝制备的相关方法，并于1984年申请专利并通过气化低熔点物质的方法制备出了泡沫铝。但由于该方法中发泡工艺很难控制，泡沫铝在很长时间内没有得到发展和重视。1956年美国的Borksten公司利用熔体发泡法成功研制出泡沫铝，此种方法较气体低熔点物质法在控制胞孔尺寸方面有较大改进。60年代中期，美国的Ethly公司成立了泡沫铝研制中心；70年代，日本也开始研究泡沫铝材料，1978年，日本九州工业研究所的上野英俊等人研究出利用火山灰作为发泡剂制造泡沫铝的方法。由此20世纪80年代国际上兴起了研制泡沫铝的热潮。目前，在泡沫铝研制方面较著名的国外单位有加拿大的Cymat公司、美国Ethly公司、日本的九州工业研究所等。国内对于泡沫铝的研究工作相较于国外一些先进的工业国家起步较晚，近几年来中国铝业股份有限公司郑州研究所、东北大学、东南大学、吉林工业大学、中科院固体物理研究所、中国船舶重工集团公司725研究所、北京航空材料研究院等众多单位都在对泡沫铝的生产方法和发泡技术进行研究。

按照发泡方法不同的特点，可将泡沫铝的制备方法分为3大类：熔体发泡法、加气发泡法、粉末冶金发泡法等。泡沫铝的一些结构参数，例如，孔洞直径的大小，孔洞的分布和形状，以及孔隙率的大小等都会随着制备工艺的不同而有所改变。不同的制备工艺也会导致设备、加工耗时、成本的不同。以下就针对比较常用的三种制备工艺进行简单的阐述。

1)熔体发泡法

熔体发泡法是将铝液熔体增黏之后，将具有分解释气功能的发泡剂加入，同时通过连续搅拌的作用使发泡剂在铝液熔体中均匀分散，在一定的发泡温度下，发泡剂在受热过程中发生分解并释放出气体，气体滞留在铝液熔体中，从而形成大量气泡，然后在冷却过程中形成基体内部具有许多孔洞的闭孔泡沫铝。此种方法的优点是易于在封闭的模型中浇铸成型，铸造出客户需要的泡沫铝零件，并按照需要切割成具有一定体积规格的固态泡沫铝。熔体发泡工艺相对成熟，在国内外应用很广泛。

熔体发泡法的特点是操作工艺简单，泡沫铝孔隙率高，一般情况下孔隙率可以达到85%以上，并且能够制备较大块体的产品，从而使其成为目前商业化大规模生产泡沫铝的主要方法之一。该方法的主要缺点是孔隙分布均匀性差、容易形成大气泡，制备出的大块体易出现底部无气泡的现象，导致这些问题出现的根本原因在于所采用的TiH₂类发泡剂的分解温度低、分解速度过快。另外TiH₂类发泡剂和金属钙增粘剂的价格较贵，以及泡沫铝制品成品率较低，从而增加了此种方法生产出的泡沫铝的成本，这也成为其大规模商业化应用的瓶颈。

2)粉末冶金发泡法

最先用粉末冶金法制备出泡沫铝的是德国。粉末冶金发泡法的工艺流程主要是混料、挤压和加热发泡等工艺。首先，将金属铝粉和发泡剂粉末按一定比例搀和，通过混料机来使两者粉末混合均匀，以保证发泡剂的均匀分散；然后将混合粉末通过冷等静压方式使其形成半成品，半成品要求具有一定的强度来保证在搬运过程中不分散，可以通过模具来改变形状；最后将压制好的半成品在发泡炉中加热分解而释放出气体来达到使其体积膨胀的目的，冷却后就可以得到泡沫铝材料。粉末冶金发泡法可以通过控制发泡剂加入量和反应温度来控制气泡的大小，制备出的泡沫铝性能较稳定，也不易出现底部无泡的现象，并且可以通过事先加工模具来铸造出形状特殊的泡沫铝块体；但是该加工工艺对模具要求很高，只能制备结构尺寸较小的块体。

3)加气发泡法

加气发泡法先将金属铝熔化，随后加入增粘剂Ca以提高熔融铝液的粘度，并进行搅拌。当熔体达到一定粘度，加入发泡剂TiH₂,待发泡剂分解后，熔体中产生大量的气泡，冷却后降温使熔体中的气泡滞留在熔体内部，浇铸成型，最终形成固态的泡沫铝块体，并按照需要切割成一定的形状的泡沫铝成品。该方法由加拿大的Alcan铝业公司和挪威Hydro Aluminium公司共同研究成功。该种方法也是目前生产闭孔泡沫铝最廉价的方法之一，它具有工艺简单，设备少，成本低，可连续生产的优良特点，并且生产出的泡沫铝空隙率较高，孔径范围很大；但是该种方法生产出的泡沫铝孔壁较薄，导致材料的力学性能不稳定。