Casting Protokoll för produktion av Open Cell Aluminium Skum av replikering Teknik och Effekt på Porositet

Metall skum har lockat ett stort intresse och forskningsinsatser under senare år vilket framgår av den omfattande arbete citeras i omfattande översiktsartiklar såsom Banhart ^1, Conde et al., ² eller senare Goodall och Mortensen ^3. Bland de metoder som används för framställning av materialet, är replikeringsprocessen kännetecknas av dess experimentella enkelhet och graden av kontroll över den slutliga skumstrukturen som kan erbjudas. Det bör noteras att även i litteraturen sådana material beskrivs ofta som skum (och är här) eftersom de inte produceras av bubblor av gas inom en vätska de mer lämpligt kallas porösa metaller eller mikrocellulära metaller.

Den första rapporten om replikeringsprocessen var i början av 1960-talet ^4, och det har utvecklats ytterligare i olika skeden sedan dess, med noter förskott av forskargruppen för Mortensen vid Ecole Polytechnique Federale de Lausanne i Schweiz.

Processen förlitar sig på gjutning av metallen runt en förform av partiklar som definierar formen av porositet i det slutliga materialet ^{2, 5.} Efter kylning av förformen kan avlägsnas genom lösningsmedels urlakning eller pyrolys som orsakar oxidation. En populär användning av denna teknik använder NaCl som ett utrymme innehavaren att producera aluminium ^5-10 eller aluminiumlegering skum ^11-14. NaCl har flera fördelar såsom att vara lättillgänglig, giftfri och kan tas bort från skummet genom upplösning i vatten. Genom att ha en smältpunkt av 801 ° C, kan den användas med metaller som har en smältpunkt som är lägre än detta värde, vanligast aluminium, men exempel finns också av användning tillsammans med material, såsom bulk metalliskt glas, genom fuktning av en blandning av flytande palladium-baserade bulk metalliskt glas legering och NaCl granulat ^15. Substitution av NaCl med högre smältpunkt material tillåter även produktion av skum från högre smältpunkt metaller ^16. Detta kan inkludera andra vattenlösliga material eller olösliga inklusive olika typer av sand. I denna form processen blir mer som konventionella sandgjutning som att ta bort sand, högtrycksvattenstrålar ^{17, 18} eller olika former av tvätt ¹⁹ eller omskakning ²⁰ krävs.

Den väsentliga processen ²¹ vinning genom att ta korn av NaCl och placera dem i en form ^{4, 22, 23.} Den grundläggande metoden har använts för att göra aluminium och aluminiumlegering skum ^24-26 för ett brett spektrum av undersökningar skum beteende. Ytterligare steg har införts för att ytterligare kontrollera tätheten och öka sammankoppling av porerna; dessa inkluderar förtätning av förformen. För att förtäta förformen har sintring använts ^{27, 28} och har använts i olika experiment sedan ^13, med sintringsbeteendeNaCl baserat på temperatur, kornstorlek och densitet beskrivs av Goodall et al. ^29. En annan metod som används för detta ändamål är kall isostatisk pressning (CIP) ^{5, 30;} detta är en snabbare teknik som kan uppnå en större spektrum av jämförbara densiteter. Förfarandet kan även utföras i det fasta tillståndet med metallpulver och NaCl korn, och kallas då ibland Sintring och upplösningsprocessen ^31.

En fullständig undersökning av användningen av replikationstekniken hittills och jämförelse med andra teknikerna ges i Goodall och Mortensen ^3.

I detta arbete rapporterar vi i detalj utrustning och experimentella protokoll som har använts för bearbetning av metallskum genom replikeringsmetoden, och som är relativt lätt att införa i ett forskningslaboratorium inställning. Det är viktigt att erkänna att andra versioner av utrustningen, med före olika kapacitet i andra forsknings groups, och att medan utrustningen som presenteras här är lämplig att bearbeta materialet, är det inte den enda versionen eller protokoll som kan fås att fungera. I varje fall är en förutsättning för experimentell framgång en grundlig förståelse av någon speciell metod.

De exakta protokoll som används beskrivs nedan. De protokollvariationer (A, B, C och D) har små förändringar mellan dem, som främst är avsett att ändra densiteten hos skummen framställda. Porositeten har beräknats från mätningar av bulkvikt av proven, deras volym och täthet av aluminium (2,7 g / cm ^3). Vid utvecklingen av de metoder som beskrivs för aluminium skum produktion genom replikering, har försök gjorts för att minska mängden av avancerad utrustning för att i minsta möjliga utsträckning, så att metoden är så enkelt som möjligt att genomföra. Andra varianter som kan användas i olika skeden diskuteras senare.