Coulée protocoles pour la production de cellules ouvertes aluminium Mousses par la technique de réplication et l'effet sur la porosité

Les mousses métalliques ont attiré une grande quantité d'intérêt et les efforts de recherche au cours des dernières années, comme indiqué par le grand corps de travail cité dans vaste examen des articles tels que Banhart ^1, Conde et al. ² ou plus récemment Goodall et Mortensen ^3. Parmi les méthodes utilisées pour la production de la matière, le processus de réplication se distingue par sa simplicité expérimentale et le degré de contrôle sur la structure finale de la mousse qui peut être offert. Il convient de noter que, bien que dans la littérature tels matériaux sont souvent décrits comme des mousses (et sont ici) car ils ne sont pas produites par les bulles de gaz dans un liquide, ils sont appelés de façon plus appropriée de métaux ou de métaux poreux microcellulaires.

Le premier rapport du processus de réplication était dans le début des années 1960 ^4, et il a été développé en outre à différentes étapes depuis lors, avec les progrès notables par le groupe de Mortensen de recherche à l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suisse.

Le procédé repose sur la coulée du métal autour d'une préforme de particules qui définit la forme de la porosité dans le matériau final ^{2, 5.} Après refroidissement de la préforme peut être éliminée par lessivage ou de la pyrolyse solvant qui provoque l'oxydation. Une utilisation populaire de cette technique utilise NaCl en tant que titulaire d'espace pour produire de l'aluminium ^5-10 ou en alliage d'aluminium ^{de 11 à 14} mousses. NaCl a plusieurs avantages tels que d'être facilement accessible, non toxique et peut être retiré de la mousse par dissolution dans l'eau. En ayant un point de 801 ° C température de fusion, il peut être utilisé avec des métaux ayant un point inférieur à cette valeur, le plus souvent en aluminium fonte, mais des exemples existent également à l'utilisation avec des matériaux tels que des verres métalliques massifs, par humidification d'un mélange de alliage liquide de verre en vrac métallique à base de palladium et de NaCl ¹⁵ granules. La substitution du NaCl avec des matériaux à point de fusion plus élevé permet également au production de mousses de fusion supérieurs métaux à point ^16. Il peut se agir d'autres matériaux solubles dans l'eau ou insolubles, y compris les différents types de sable. Dans cette forme, le processus devient plus comme le moulage au sable classique, comme pour enlever le sable, jets d'eau à haute pression ^{17, 18} ou différentes formes de lavage ¹⁹ ou ²⁰ d'agitation sont obligatoires.

Le processus essentiel ²¹ produit en prenant grains de NaCl et de les placer dans un moule ^{4, 22, 23.} La méthode de base a été utilisé pour fabriquer l'aluminium et alliage d'aluminium ^{de 24 à 26} mousses pour un large éventail d'enquêtes de comportement de la mousse. Des mesures supplémentaires ont été prises pour contrôler davantage la densité et d'accroître l'interconnectivité des pores; il se agit notamment de la densification de la préforme. Pour densifier la préforme, le frittage a été employée ^{27, 28} et a été utilisé dans des expériences différentes depuis ^13, avec le comportement de frittageNaCl fonction de la température, granulométrie et la densité décrite par Goodall et al. ^29. Une autre méthode utilisée à cette fin est pressage isostatique à froid (CIP) ^{5, 30;} ce est une technique rapide qui peut atteindre un plus grand éventail de densités comparables. La procédure peut également être effectuée à l'état solide avec la poudre métallique et des grains de NaCl, puis il est parfois appelé le procédé de frittage et de ³¹ dissolution.

Une enquête complète de l'utilisation de la technique de réplication à ce jour et la comparaison avec d'autres techniques est donné dans Goodall et Mortensen ^3.

Dans ce travail, nous rapportons dans les équipements de détail et de protocoles expérimentaux qui ont été utilisés pour le traitement des mousses métalliques par la méthode de réplication, et qui sont relativement faciles à mettre en œuvre dans un cadre de laboratoire de recherche. Il est important de reconnaître que d'autres versions de l'équipement, avec des capacités différentes existent dans la recherche d'autres groupes, et que, si le matériel présenté ici est adapté pour traiter le matériau, il ne est pas la seule version ou le protocole qui peut être faite à fonctionner. Dans tous les cas, une connaissance approfondie d'une méthode particulière est essentielle pour le succès expérimental.

Les protocoles précis utilisés sont détaillés ci-dessous. Les variations de protocole (A, B, C et D) ont de petits changements entre eux, principalement pour but de modifier la densité des mousses produites. La porosité a été calculée à partir de mesures de la masse volumique apparente des échantillons, le volume et la densité de l'aluminium (2,7 g / cm ^3). Dans l'élaboration des procédés décrits pour la production de mousse d'aluminium par réplication, des tentatives ont été faites pour réduire la quantité d'équipements de pointe à la plus petite mesure du possible, de telle sorte que le procédé est aussi facile à mettre en oeuvre que possible. D'autres variantes qui peuvent être utilisées à différents stades sont décrits plus loin.