閉孔泡沫鋁的結(jié)構(gòu)形態(tài)和表征

從結(jié)構(gòu)上講，閉孔泡沫鋁材料可以看成是由相互連接的板構(gòu)成的眾多胞孔單元所構(gòu)成的，這些泡孔從空間上可以是二維曲面也可以是三維曲面，閉孔泡沫鋁中的胞孔單元是不連通的，泡沫鋁的閉孔結(jié)構(gòu)是其內(nèi)部胞孔相互獨(dú)立，由母體金屬分離，每個(gè)胞孔都是封閉的。閉孔泡沫鋁之所以具有一些其基體或母金屬所不具備的特殊性能和功能，主要原因就是其所特有的孔洞結(jié)構(gòu)，從這個(gè)意義上講，對(duì)于給定成分的基體或母金屬的泡沫金屬而言，決定其各種性能的卞要因素是其孔結(jié)構(gòu)特征和參數(shù)。一般來(lái)講，決定閉孔泡沫鋁性能的有以下幾個(gè)方面的主要特征及參數(shù)。

(1)空隙率或相對(duì)密度

閉孔泡沫金屬最重要的特征之一是其空隙率或相對(duì)密度，孔隙率是指泡沫金屬中掃所有孔的體積與總體積之比；而相對(duì)密度是指泡沫金屬的表觀密度與其基體材料的密度之比，泡沫金屬與基體的密度一般可采用稱重和測(cè)量體積的方法獲得，因此相對(duì)密度較易測(cè)量，通常用相對(duì)密度來(lái)?yè)Q算孔隙率。現(xiàn)代的各種制備工藝可獲得較高或很高孔隙率的泡沫鋁，用不同工藝制備的閉孔泡沫鋁的孔隙率的范圍為60%-98%之間。隨孔隙率的提高，閉孔泡沫鋁的密度降低，一般為同體積金屬的3/5-1/50不等。例如孔隙率大于63%的泡沫鋁，其密度低于1g/cm3，能夠浮于水面上。本文中采用的閉孔泡沫鋁的空隙率為85%,密度為0.405g/cm3，相對(duì)密度為15%。

(2)孔徑

閉孔泡沫鋁的另一個(gè)基本參數(shù)是其中孔的尺寸，稱為孔徑，一般以其中一定區(qū)域內(nèi)的孔的平均尺寸大小來(lái)衡量。閉孔泡沫鋁的孔徑范圍一般為0.1一10mm甚至更大。本文采用的閉孔泡沫鋁的平均孔徑為2.5mm左右。

(3)孔結(jié)構(gòu)類型

現(xiàn)在常見(jiàn)的泡沫鋁的孔結(jié)構(gòu)形式主要有三維開(kāi)孔結(jié)構(gòu)和閉孔結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也有部分開(kāi)孔和閉孔的結(jié)構(gòu)形式。本文采用的泡沫鋁為三維閉孔泡沫鋁。

(4)孔的形狀及其不均勻性

由于制備方法的不同，閉孔泡沫鋁中孔的形狀也各不相同，一般二維蜂窩結(jié)構(gòu)泡沫鋁的孔結(jié)構(gòu)較均勻，由橫截面為三角單胞或多邊形單胞按照不同的方式組合。而三維閉孔結(jié)構(gòu)泡沫鋁中的孔結(jié)構(gòu)的變化要復(fù)雜的多，有關(guān)三維孔形狀的模型有：四面體、三棱柱、長(zhǎng)方體、六棱柱、八面體、棱形十二面體、五邊形十二面體等。然而實(shí)際上大多數(shù)的閉孔泡沫鋁的孔結(jié)構(gòu)都是不均勻的、不規(guī)則的、由不同邊數(shù)或面數(shù)的形狀各異的孔所構(gòu)成的。不僅各種泡沫鋁之間的孔形狀變化多樣，而且同一材料中的孔形狀的變化及其組合也非常復(fù)雜，這也是影響閉孔泡沫鋁性能的另一個(gè)參數(shù)，即孔的不均勻性。各種工藝制備的泡沫金屬中的孔多數(shù)為不規(guī)則的多面體或不規(guī)則曲面，其中用滲流法制備的開(kāi)孔泡沫金屬通常具有不規(guī)則的多面體孔結(jié)構(gòu)；而熔體發(fā)泡方法和粉末冶金發(fā)泡方法所制備的閉孔泡沫材料中的孔通常具有橢球狀或不規(guī)則的曲面結(jié)構(gòu)。

(5)孔徑的不均勻性

同一閉孔泡沫鋁中孔徑的變化及各種孔徑孔的分布是泡沫鋁孔結(jié)構(gòu)不均勻性的另外一種形式，也是影響泡沫材料性能的因素之一 。同一泡沫材料中的孔結(jié)構(gòu)可能是單一孔徑的孔，也可能是由兩種或兩種以上尺寸的孔按不同比例和分布形式組合而成的。