泡沫鋁是一種在金屬鋁基體中分布有無數(shù)氣泡的多孔質(zhì)材料。其特殊的結(jié)構(gòu)決定了它具有許多致密金屬所沒有的特殊性能，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如：

    性能特點(diǎn)包括：

    泡沫鋁性能的優(yōu)劣主要取決于其孔隙率、孔徑、通孔率、孔類型、比表面積等孔結(jié)構(gòu)參數(shù)，而其孔結(jié)構(gòu)參數(shù)主要取決于制備工藝。

    因此泡沫鋁的制備技術(shù)已成為新材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。下面就泡沫鋁的制備工藝做詳盡介紹：

    1、固態(tài)金屬燒結(jié)法

    用這種方法生產(chǎn)的泡沫鋁多數(shù)具有通孔結(jié)構(gòu) ,這是由于大部分固相法通過燒結(jié)使鋁顆?；ハ嗦?lián)結(jié) ,鋁始終保持在固態(tài)。

    1.1、粉末冶金發(fā)泡法

    工藝原理是將混合鋁粉與發(fā)泡劑粉，經(jīng)壓縮得到具有氣密結(jié)構(gòu)的預(yù)制體，加熱預(yù)制體使發(fā)泡劑分解釋放出氣體， 迫使預(yù)制體膨脹得到泡沫鋁。

    粉末冶金發(fā)泡法工藝流程：

    特點(diǎn)：一是與其他方法比較可用的合金成分更為廣泛 ,有利于改善泡沫鋁的力學(xué)性能；二是可以直接制造形狀復(fù)雜的部件。缺點(diǎn)是該方法工藝參數(shù)區(qū)間較窄 ,成本較高 ,制得的泡沫鋁尺寸有限。

    1.2、散粉燒結(jié)法

    此方法多用于制備泡沫銅。由于鋁粉表面具有的致密氧化膜將阻止顆粒燒結(jié)在一起，因此用散粉燒結(jié)法制備泡沫鋁相對困難。這時(shí)可以通過變形手段破壞氧化膜，使顆粒更易粘結(jié)在一起； 或加入鎂、銅等元素在 595 ~ 625攝氏度燒結(jié)時(shí)形成低共熔合金。

    這種生產(chǎn)方法包括三個(gè)過程：

    特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、成本低， 缺點(diǎn)是孔隙率不高、材料強(qiáng)度低。如果用纖維代替粉末燒結(jié)同樣可制得多孔材料。

    1.3、粉漿成型法

    粉漿成型法是將金屬鋁粉、發(fā)泡劑 （氫氟酸、氫氧化鋁或正磷酸 ）、反應(yīng)添加劑和有機(jī)載體組成懸浮液 ,將其攪拌成含有泡沫的狀態(tài) ,然后置入模具中加熱焙燒 ,接著漿開始變粘 ,并隨著產(chǎn)生的氣體開始膨脹 ,最終得到一定強(qiáng)度的泡沫鋁。

    如果把粉漿直接灌入高分子泡沫中 ,通過升溫把高分子材料熱解 ,燒結(jié)后同樣可制得開孔泡沫材料。

    特點(diǎn)：所制得的泡沫鋁強(qiáng)度不高并有裂紋。

    1.4、燒結(jié)溶解法

    鋁粉與鹽粉均勻混合 ,壓制成坯 ,在壓制過程中鹽粉基本保持原貌 ,鋁粉發(fā)生塑性變形 ,填充鹽粒之間的空隙形成連續(xù)的網(wǎng)狀基體。然后 ,將坯燒結(jié) ,使網(wǎng)狀鋁基結(jié)合成一體。最后，將燒結(jié)后的坯樣置于熱水中 ,濾掉坯內(nèi)鹽粒即可得到均勻的開孔泡沫鋁件。

    工藝過程包括：

    特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是通過選擇鹽粉的形狀與粒徑 ,可以在一定范圍內(nèi)控制孔洞的形貌和尺寸；可以通過混合粉末的體積比精確控制孔隙率；可以制造梯度泡沫材料；可以制造凈形產(chǎn)品；設(shè)備簡單 ,易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。局限性是只能獲得 50 % ～80 %孔隙范圍的中密度泡沫鋁；成品內(nèi)易殘留氯化鈉 ,從而造成鋁基的局部腐蝕；工藝周期較長。

    1.5、中空三維骨架法

    一種把液態(tài)金屬壓鑄到有中空骨架三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的陶瓷中，冷卻然后去除骨架的制造泡沫金屬的方法。

    特點(diǎn)：泡沫孔隙率可調(diào)，操作繁瑣、成本稍高 ,制品廣度有限 ,故其推廣應(yīng)用受到限制。

    1.6、纖維燒結(jié)法

    此方法的工藝過程是首先通過機(jī)械拉拔或其他方法得到金屬鋁絲，接著通過粉漿澆注或機(jī)械制氈圈的方法將金屬鋁絲制成氈圈 ,然后進(jìn)行燒結(jié)使之達(dá)到所需要的強(qiáng)度和孔隙率。

    流程如下：

    纖維燒結(jié)法的優(yōu)點(diǎn)：是可獲得比粉末燒結(jié)更高的孔隙率；在最大孔隙度下保持了材料的結(jié)構(gòu)性能；在相同孔隙度下 ,此法制得的泡沫鋁強(qiáng)度和韌性比粉末冶金法高。但是該方法成本較高。

    1.7、浸漿海綿燒結(jié)法

    該方法是將海綿狀的有機(jī)物質(zhì)制成所需形狀的有機(jī)前驅(qū)體 ,然后用含有待加工金屬鋁粉的漿液滲透（懸浮液的載體是水和有機(jī)液體 ）。將浸后的有機(jī)前驅(qū)體干燥以除去溶劑 ,燒結(jié)并冷卻后即可得到高孔隙率的三維結(jié)構(gòu)的泡沫鋁。

    工藝流程大致如下：

    特點(diǎn)：主要受有機(jī)前驅(qū)體的選擇和預(yù)處理、漿料的組成、 添加劑的選擇、 燒結(jié)溫度等因素影響。

    2、液態(tài)金屬凝固法

    這種方法是通過液態(tài)鋁產(chǎn)生泡沫結(jié)構(gòu) ,可以通過鋁液直接發(fā)泡 ,也可以用泡沫材料或緊密堆積的造孔劑鑄造來得到多孔材料。

    2.1、直接吹氣發(fā)泡法

    直接吹氣發(fā)泡法： 是首先向金屬熔融液中加入SiC、Al2O3等，并均勻分散以提高熔體粘度，然后向熔體底部吹入氣體（如氮?dú)?、惰性氣體等），在金屬液中形成大量氣孔后冷卻凝固。

    2.2、發(fā)泡劑發(fā)泡法

    發(fā)泡劑發(fā)泡法是：在鋁熔融體中加入發(fā)泡劑攪拌均勻，加熱使發(fā)泡劑分解產(chǎn)生氣體，氣體膨脹而發(fā)泡，冷卻后得泡沫金屬。所用發(fā)泡劑通常為TiH2或ZrH2等金屬氫化物。

    特點(diǎn)：對設(shè)備要求簡單，成本低廉， 可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的連續(xù)制備。發(fā)泡劑發(fā)泡時(shí)間間隔短、發(fā)泡溫度不易控制、氣泡分布不均勻、產(chǎn)品重現(xiàn)性差等不足。

    2.3、滲流鑄造法

    滲流鑄造是將可移去顆粒 （如 NaCl）堆積在鑄模中 ,壓制成坯 ,經(jīng)預(yù)熱后澆注金屬 ,然后將顆粒去除 ,制備出孔洞相互連接的通孔泡沫結(jié)構(gòu)。

    工藝原理示意如圖：

    真空滲流法裝置示意圖

    特點(diǎn)：制備工藝孔徑參數(shù)可控， 通孔率高、比表面積大、 成本低， 適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。缺點(diǎn)是由于液態(tài)金屬的表面張力較高 ,不能完全潤濕顆粒 ,從而不能完全填充顆粒之間的空隙。

    2.4、熔模鑄造法

    熔模鑄造法是將成型的高分子泡沫材料浸入到液態(tài)耐火材料中 ,使耐火材料充滿其空隙 ,在耐火材料硬化以后加熱使泡沫材料氣化分解 ,形成一個(gè)具有原泡沫材料形狀的三維骨架 ,將金屬鋁液澆注到鑄型內(nèi) ,凝固后把耐火材料去除就可以得到具有三維網(wǎng)狀通孔的泡沫鋁材料。

    工藝原理示意如圖：

    熔模鑄造法制備多孔材料示意圖

    特點(diǎn)：

    2.5、固體 -氣體共晶凝固法

    許多金屬液體能與氣體 （如氫氣 ）形成共晶系統(tǒng) ,如果在高壓氫氣氣氛中熔化這些金屬 ,就可以得到含有過飽和氫氣的均勻熔體。在隨后的冷卻凝固過程中 ,這種熔體會發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變而分解為固相和氣相。定向凝固時(shí) ,由于氫氣在固相和液相中溶解度差別較大 ,過飽和的氫氣將從固相中析出形成氣泡 ,從而獲得所需要的泡沫鋁。

    工藝原理示意如圖：

    固體 -氣體共晶凝固法制備多孔材料工藝示意圖

    特點(diǎn)：精確控制冷卻條件 （壓力、冷卻速度、 散熱方向 ）可以獲得各種孔隙形狀的各向同性和各項(xiàng)異性的高孔隙度泡沫鋁。

    2.6、添加球料法

    添加球料法是在鋁合金熔液中加入顆?；蛑锌涨?,加以強(qiáng)化攪拌 ,并且在熔體仍處于相對流動時(shí)進(jìn)行鑄造，從而得到鋁合金與顆粒的復(fù)合體 ,然后溶解去除鋁合金集體中的可溶性顆粒 ,最終得到一種連通孔泡沫鋁。

    特點(diǎn)：液態(tài)金屬的表面張力較高 ,不能完全潤濕顆?；蛑锌涨?,從而不能完全填充顆粒之間的空隙。則所得泡沫鋁結(jié)構(gòu)連續(xù)性較差。

    3、金屬沉積法

    3.1、電沉積法

    原理是以預(yù)處理過的泡沫塑料為陰極 ,工業(yè)純鋁板為陽極 ,在烷基鋁溶液中電鍍制成泡沫鋁。

    電沉積法工藝流程：

    特點(diǎn)：容易控制孔隙結(jié)構(gòu)、孔徑小、孔隙均勻、 孔隙率高，且其隔熱和阻尼特性優(yōu)于鑄造法生產(chǎn)的泡沫鋁。但是該方法工序長、操作繁瑣、成本稍高 ,制品厚度有限 ,故其推廣應(yīng)用受到限制。

    3.2、氣相蒸發(fā)沉積法

    該方法即在較高的惰性氣氛 （102～104Pa）中緩慢蒸發(fā)金屬鋁，蒸發(fā)出來的金屬原子與惰性氣體分子碰撞、散射 ,迅速失去動能 ,這一過程在宏觀上表現(xiàn)為金屬蒸汽溫度降低。接著蒸發(fā)出來的金屬原子在未到達(dá)基襯前便互相結(jié)合形成原子團(tuán)簇 ,故在蒸發(fā)過程中可看到“金屬煙 ”。這些團(tuán)簇在惰性氣體的攜帶下繼續(xù)降溫并沉積在基襯上 ,因?yàn)闇囟鹊驮与y以遷移或擴(kuò)散 ,所以“金屬煙 ” 微粒只是疏松的堆砌起來形成多空泡沫結(jié)構(gòu)。

    工藝原理示意如圖：

    氣相蒸發(fā)沉積工藝示意圖

    特點(diǎn)：金屬泡沫的形成受金屬材料、加熱功率、 惰性氣體氣壓、 蒸發(fā)源加熱器類型及其與基襯距離、 基襯材料等多種因素影響。其中加熱功率、 惰性氣體氣壓和惰性氣體流量是最重要的控制參數(shù)。

    3.3、噴濺沉積法

    噴濺沉積是采用噴濺技術(shù)把加有惰性氣體的粉末均勻地噴射到鋁合金金屬上 ,并加熱到金屬的熔點(diǎn) ,使加在金屬中的氣體膨脹并形成一個(gè)個(gè)均勻分布且致密的小孔 ,冷卻后即得具有致密網(wǎng)狀的泡沫鋁制品。

    工藝原理示意如圖：

    噴濺沉積示意圖

    特點(diǎn)：通過控制沉積中惰性氣體的分壓 ,可以控制所得產(chǎn)品的孔的體積分?jǐn)?shù)。

    3.4、熔融鹽電鍍法

    以泡沫塑料為電極陰極 ,鋁板為陽極，在熔融鹽中通過電沉積制得泡沫鋁的一種方法。

    工藝原理示意如圖：

    電鍍工藝原理示意圖

    特點(diǎn)：泡沫鋁孔隙率高、孔隙均勻。

    4、其它

    此類方法主要用于科研或者小批量試制，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用并不多。

    二次發(fā)泡法

    二次發(fā)泡法是一種綜合了粉末冶金發(fā)泡法及熔體發(fā)泡法優(yōu)點(diǎn)的泡沫鋁制備方法，其技術(shù)工藝路線是在鋁熔體中加入增粘劑（Ca、Al2O3等）攪拌均勻，在合適的溫度和粘度條件下加入發(fā)泡劑（預(yù)處理好的TiH2），分散均勻，在TiH2未分解前將熔體鑄入模具中快速冷卻凝固，即得到發(fā)泡先驅(qū)體。當(dāng)發(fā)泡先驅(qū)體受熱達(dá)到一定溫度時(shí)，先驅(qū)體中TiH2開始分解并發(fā)泡，最終制得泡沫鋁。

    金屬空心球法

    該方法是將一個(gè)個(gè)的金屬空心球通過燒結(jié)粘結(jié)到一起而形成多孔結(jié)構(gòu)。金屬空心球可以通過化學(xué)合成和電沉積的方法在高分子球的表面鍍上一層金屬，然后把高分子球去除而得到。

    泡沫鋁的制備工藝較多，各種方法各有優(yōu)劣，在實(shí)際生產(chǎn)中熔體發(fā)泡法、滲流鑄造法、 粉末冶金發(fā)泡法、 電化學(xué)法等應(yīng)用較廣泛。而其他的工藝主要作為科研或小批量試制等應(yīng)用。

    國內(nèi)外泡沫鋁的主要供應(yīng)商

    加拿大Cymat公司；

    美國Ethly公司；

    日本九州工業(yè)化研究所；

    德國Fraunboefr公司；

    日本Shikno-Wire公司；

    遼寧融達(dá)新材料科技；

    山西普泰；

    杭州龍邦合金科技；

    四川元泰達(dá)有色金屬材料

    山東嘉隆泡沫鋁有限公司

    無錫瑞鴻泡沫鋁有限公司

    杭州哈弗科技有限公司

    北京金艾伯特泡沫金屬；

    北京中實(shí)強(qiáng)業(yè)泡沫金屬；

    上海眾匯泡沫鋁材；

    ……