Casting Protokoller for produksjon av Open Cell Aluminum Skum av Replication Teknikk og Effekt på Porøsitet

Metallskum har tiltrukket seg en stor mengde av interesse og forskningsinnsats i de siste årene, som vist ved den store kroppen arbeid sitert i bredt alt oversiktsartikler som Banhart ^1, Conde et al. ² eller mer nylig Goodall og Mortensen ^tre. Blant de metoder som benyttes for fremstilling av materialet, blir replikering prosessen utmerker seg ved sin enkelhet eksperimentelle og graden av kontroll over den endelige skumstruktur som kan tilbys. Det bør bemerkes at selv om det i litteraturen slike materialer betegnes ofte som skum (og er her) som de ikke er produsert av bobler av gass i en væske er de mer hensiktsmessig kalt porøse metaller eller mikrocellulære metaller.

Den første rapporten om replikering prosessen var tidlig på 1960-tallet ^4, og det har blitt videreutviklet på forskjellige stadier siden da, med bemerkelsesverdige fremskritt fra forsker gruppe Mortensen ved Ecole Polytechnique Federale de Lausanne i Sveits.

Fremgangsmåten baserer seg på støping av metall rundt en preform av partikler som definerer formen av porøsitet i det endelige materiale ^{2, 5.} Etter avkjøling av preforma kan fjernes ved utlutning oppløsningsmiddel eller pyrolyse som fører til oksidasjon. En populær anvendelse av denne teknikken benytter NaCl som en avstandsholder for å produsere aluminium ^5-10 eller aluminiumlegering skum ^11-14. NaCl har flere fordeler som er lett tilgjengelige, ikke-toksisk og kan fjernes fra skummet ved oppløsning i vann. Ved å ha et smeltepunkt på 801 ° C, kan det brukes med metaller som har et smeltepunkt som er lavere enn denne verdi, vanligvis av aluminium, men også finnes eksempler på bruk med materialer som bulk metalliske glass, ved fukting av en blanding av flytende palladium-baserte bulk metallisk glass legering og NaCl granulater ^15. Substitusjon av NaCl med høyere smeltepunkt materialer tillater også at production av skum fra høyere smeltepunkt metaller ^16. Dette kan omfatte andre vannoppløselige materialer, eller de uløselige inkludert forskjellige typer sand. I denne form blir prosessen mer som konvensjonelt sandstøping for å fjerne sand, høytrykksvannstråler ^{17, 18} eller andre former for vasking ¹⁹ eller omrørings ²⁰ er nødvendig.

Den viktige prosess ²¹ forløper ved å ta korn av NaCl og plassere dem i en form ^{4, 22, 23.} Den grunnleggende fremgangsmåte er blitt brukt til å lage aluminium og aluminiumlegering-skum ^{24 til 26} for et bredt spekter av skum atferds undersøkelser. Andre tiltak har blitt innført for ytterligere å kontrollere tettheten og for å øke sammenkopling av porene; disse inkluderer fortetting av preforma. For å fortette emnet, har sint blitt anvendt ^{27, 28,} og har vært brukt i forskjellige eksperimenter siden ^13, med sintring oppførselenNaCl basert på temperaturen, kornstørrelse og tetthet som er beskrevet av Goodall et al., ^29. En annen metode som benyttes for dette formål er kald isostatisk pressing (CIP) ^{5, 30;} Dette er en raskere teknikk som kan oppnå et større spektrum av sammenlignbare tettheter. Fremgangsmåten kan også utføres i fast tilstand med metallpulver og NaCl-korn, og deretter noen ganger kalt sintring og løsningsprosessen ^31.

En fullstendig oversikt over bruken av replikasjonsteknikken hittil og sammenligning med andre teknikker er gitt i Goodall og Mortensen ^3.

I dette arbeidet rapporterer vi i detalj utstyr og eksperimentelle protokoller som har blitt brukt for behandling av metallskum ved replikering metoden, og som er relativt enkelt å implementere i et forskningslaboratorium setting. Det er viktig å erkjenne at andre versjoner av utstyr, med forskjellige evner eksisterer i annen forskning groups, og at mens utstyret som presenteres her, er egnet til å behandle materialet, er det ikke den eneste versjonen eller protokoll som kan bringes til å arbeide. I alle fall, er avgjørende for eksperimentell suksess en grundig forståelse av en bestemt metode.

De nøyaktige protokoller som brukes er beskrevet nedenfor. Protokoll variasjoner (A, B, C og D) har små endringer mellom dem, hovedsakelig ment for å endre densiteten av skum fremstilt. Porøsiteten er blitt beregnet ut fra målinger av massevekten av prøvene, deres volum og tetthet av aluminium (2,7 g / cm ^3). Under utvikling av fremgangsmåter som er beskrevet for aluminiumskumproduksjon ved replikasjon, har det vært gjort forsøk på å redusere mengden av avansert utstyr til den minst mulige utstrekning, slik at fremgangsmåten er så enkel å implementere som mulig. Andre variasjoner som kan anvendes ved forskjellige trinn er diskutert senere.