Replication is one of the processing techniques used for the production of porous metal sponges. In this paper one implementation of the method for the production of open celled porous aluminum is shown in detail.

קצף מתכת הם חומרים מעניינים משתי הבנה בסיסית ונקודת מבט מעשית יישומים. שימושים הוצעו, ובמקרים רבים תוקף באופן ניסיוני, למשקל קל או אנרגיית השפעת קליטת מבנים, כמחליף חום שטח פנים גבוה או אלקטרודות, כמו שתלים לגוף, ועוד רבים. למרות התקדמות גדולה נעשתה בהבנת יחסי מבנה-הנכסים שלהם, מספר רב של טכניקות עיבוד שונות, כל חומר ייצור עם מאפיינים ומבנה שונים, משמעות הדבר היא כי ההבנה של ההשפעות האישיות של כל ההיבטים של מבנה אינה שלמה. תהליך השכפול, שבו מתכת מותכת הוא הסתנן בין גרגרי חומר preform נשלף, מאפשר רמה גבוהה במידה ניכרת מכלל שליטה ונעשה שימוש כדי השפעה טובה על מנת להבהיר כמה ממערכות היחסים הללו. אף על פי כן, יש התהליך רב שלבים, התלויים על "ידע" בודד, ומאמר זה נועד לספק תיאור מפורט של כל שלבי התגלמות אחת של שיטת עיבוד זו, תוך שימוש בחומרים וציוד שיהיו קל יחסית להגדיר בסביבת מחקר. המטרה של פרוטוקול זה, על גרסותיה היא לייצר קצף מתכת בצורה יעילה ופשוטה, נותן את האפשרות להתאים את התוצאות של הדגימות על ידי שינוי צעדים מסוימים בתהליך. על ידי ביצוע זה, ניתן להשיג קצף אלומיניום תא פתוח עם גדלים נקבוביות של 1-2.36 מ"מ קוטר ו -61% לנקבוביים 77%.

קצף מתכת משך כמות גדולה של ריבית ומאמץ מחקרי בשנים האחרונות, כפי שמוצג על ידי הגוף הגדול של עבודה שצוטט במאמרי ביקורת רחב היקף כגון ¹ Banhart, Conde et al. ² או יותר לאחרונה גודול ומורטנסן ^3. בין השיטות המשמשות לייצור של החומר, תהליך השכפול מתאפיין בפשטות הניסיונית שלה ואת מידת שליטה על מבנה הקצף הסופי שניתן להציע. יש לציין שלמרות שבספרות חומרים כגון מתוארים לעתים קרובות כקצף (וכאן) כפי שהם לא מיוצרים על ידי בועות גז בתוך נוזל שהם נקראים באופן הולם יותר מתכות נקבוביות או מתכות מיקרו.

הדו"ח הראשון של תהליך השכפול היה בתחילת 1960 ^4, והיא פותחה נוספת בשלבים שונים מאז, עם התקדמות ראויה לציון על ידי קבוצת המחקר של מורטנסן בPolytec Ecolehnique הפדרלי דה לוזאן בשוויץ.

התהליך מסתמך על הליהוק של המתכת סביב preform של חלקיקים המגדיר את הצורה של נקבוביות בחומר הסופי ^{2, 5.} לאחר קירור preform ניתן להסיר על ידי שטיפה או פירוליזה ממס שגורמים לחמצון. שימוש פופולרי של טכניקה זו מנצל NaCl כבעל שטח כדי לייצר קצף אלומיניום ^5-10 או סגסוגת אלומיניום ^11-14. יש NaCl מספר יתרונות כגון להיות נגיש, שאינו רעיל וניתן להסיר את הקצף על ידי פירוק במים. על ידי בעל נקודת 801 ° C התכה, ניתן להשתמש בו עם מתכות שיש נקודת התכה נמוכה יותר מאשר ערך זה, הנפוץ ביותר אלומיניום, אבל דוגמאות קיימות גם בשימוש עם חומרים כגון משקפיים מתכתיים בתפזורת, על ידי שילוב של humidifying סגסוגת נוזלית מבוסס פלדיום זכוכית מתכתית בתפזורת וNaCl גרגירי ^15. חילוף של NaCl עם חומרי נקודת התכה גבוהה יותר מאפשר גם production של קצף ממתכות נקודת התכה גבוהה יותר ^16. זה עשוי לכלול חומרים אחרים מסיסים במים, או לא מסיסים אלה כוללים סוגים שונים של חול. בטופס זה התהליך הופך להיות יותר כמו יציקת חול קונבנציונלית כלהסיר את החול, סילוני מים בלחץ גבוה ^{17, 18} או צורות שונות של שטיפה ¹⁹ או ²⁰ התססה נדרשים.

התהליך החיוני ²¹ תמורה על ידי לקיחת גרגרי NaCl ומציב אותם בתבנית ^{4, 22, 23.} השיטה הבסיסית נעשה שימוש כדי להפוך את קצף אלומיניום וסגסוגת אלומיניום ^24-26 למגוון רחב של חקירות קצף התנהגות. צעדים נוספים הוכנסו לשליטה נוספת הצפיפות ולהגדיל את קישור הגומלין של נקבוביות; אלה כוללים את הציפוף של preform. לdensify preform, sintering כבר מועסק ^{27, 28} ומאז משמש בניסויים שונים מאז ^13, עם sintering ההתנהגותNaCl המבוסס על טמפרטורה, גודל גרגר וצפיפות שתואר על ידי et al גודול. ^29. שיטה נוספת המשמשת למטרה זו היא isostatic הקר לחיצה (CIP) ^{5, 30;} זה הוא טכניקה מהירה שיכול להשיג ספקטרום רחב יותר של צפיפות דומה. ההליך יכול להתבצע גם במצב המוצק עם אבקת מתכת ודגנים NaCl, ולאחר מכן נקרא לעתים תהליך Sintering ופירוק ^31.

סקר מלא של השימוש בטכניקת השכפול עד כה והשוואה עם שיטות אחרות ניתן בגודול ומורטנסן ^3.

בעבודה זו אנו מדווחים בציוד פרט ופרוטוקולי ניסוי שהיה בשימוש לעיבוד של קצף מתכת בשיטת השכפול, ואשר קלים יחסית ליישום בסביבת מעבדת מחקר. חשוב להכיר בכך שגרסות האחרות של הציוד, עם יכולות שונות קיימות בg מחקר האחרroups, וכי בעוד שהציוד שהוצג כאן הוא מתאים לעיבוד החומר, זה לא הגרסה היחידה או פרוטוקול שניתן לעשות כדי לעבוד. בכל מקרה, הבנה מעמיקה של שיטה מסוימת היא חיונית להצלחת ניסוי.

הפרוטוקולים המדויקים המשמשים מפורטים להלן. וריאציות הפרוטוקול (A, B, C ו- D) יש שינויים קטנים ביניהם, בעיקר נועדו לשנות את הצפיפות של קצף מיוצר. הנקבוביות חושבה ממדידות של המשקל בתפזורת של הדגימות, הנפח שלהם והצפיפות של אלומיניום (2.7 g / cm ^3). בפיתוח השיטות שתוארו לייצור קצף אלומיניום על ידי שכפול, נעשו ניסיונות לצמצם את כמות הציוד מתקדם במידת האפשר הקטנה ביותר, כך שהשיטה היא קלה ליישום ככל האפשר. וריאציות אחרות שניתן להשתמש בו בשלבים שונים נדונו בהמשך.

הערה: ההוראות שלהלן הן לפרוטוקול (איור 1). שינויים לפרוטוקול B, C, D ומופיעים גם כן.

1. אלומיניום בר הכנה

1. מניחים חתיכה גדולה (500 גר '- 1 קילוגרם) של מטיל אלומיניום טוהר המסחרי לכור היתוך.
2. הנח את כור ההיתוך בתנור ב 800 מעלות צלזיוס במשך כ -1 שעה, עד מותך.
3. קח את כור ההיתוך מהתנור ויוצקים אלומיניום המותך לתוך תבנית גלילית שהם 50 מ"מ קוטר, מעט קטנים יותר מהקוטר הסופי של החדר שישמש לחדירה (51 מ"מ) נותנת פער של כ ½ מ"מ.
4. חכה שעה 1 לבר כדי להתקרר.
5. הסר את הסרגל מהתבנית.
6. שימוש במסור להקה, לחתוך אותו ל -4 חתיכות אותו גודל.
7. חול הקצוות של כל פיסה כדי להבטיח בכושר טוב בעובש ההסתננות.

2. תנור הכנה

1. לתכנת את התנור להגיע # 740 &176; רמת C לפחות 2 שעות.
2. הגדר את קצב החימום של התנור לטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס / min.

3. הכנת Preform

הערה: בהתאם לגובה של הקצף שנועד ל, לשנות את הכמות של NaCl לשימוש עבור חדירה בין 100 גרם ל -300 גרם.

1. בחר חדירת NaCl לשימוש, עם קוטר מתאים למגוון הגודל הנקבובית הנדרש (לדוגמא טווח שבין 1.4 מ"מ ו 1.7 מ"מ). ניתן להשיג את החומר מהספקים כימיים בטוהר גבוה, או מלח שולחן סופרמרקט קנה יכול לשמש (חומר כזה יצטרך תוספים כגון סוכני יוד ואנטי-caking, אבל אלה לא בהשפעה בפועל התהליך למידה משמעותית).
2. בחר הנפות של טווח גודל מתאים ומחסנית במכל בסיס עם הגודל הקטן יותר פתיחה בתחתית.
3. מהתיק של הספקים NaCl, לקחת כ -500 גר 'ולשפוך אותו בהנפות נערמו.
4. להתסיס את הנפות, באופן ידני או באמצעות ייקר מסננת, 1 דקות.
5. בטל עזב את NaCl במסננת גודל צמצם הגדול יותר ומכל התחתון, NaCl נותר במסננת הצמצם קטנה יותר משמשת לחדירה.
6. לשקול את כמות החדירה NaCl הושגה.
7. אם הסכום אינו מספיק, חזור על שלבים 3.4-3.7.
   הערה: לפרוטוקולי B, C או D, לקבל של NaCl הקנס (<500 מיקרומטר) 100 גר '. זה יוצר שטח נוסף בתבנית לאוויר שנלכד בpreform במהלך חדירה במקרה האוויר בpreform לא לברוח קאמרי כראוי.

הכנת 4. עובש

1. שימוש בנייר זכוכית וגליל נייר מעבדה, נקי גליל העובש (איור 2), לוקח בחשבון מיוחד עבור שני הקצוות העליונים ותחתונים, ושמירה על התבנית נקיה מכל לכלוכים בולטים משימוש קודם.
2. לרסס את החלק הפנימי של גליל התבנית עם תרסיס ניטריד בורון, יצירת כיסוי שכבה דקהחלק הפנימי של התבנית.
   הערה: זו מושגת כאשר הצבע המקורי של העובש הוא הוחלף על ידי שכבה לבנה של ספריי; זה לא הכרחי כדי למדוד את הריכוז הספציפי שלה.
3. בואו יבש גליל עובש במשך לפחות 5 דקות ב RT (חימום לכ -100 מעלות צלזיוס במשך שעה עד 1 ניתן להחיל לייבוש נוסף אם תרצה בכך).
4. שימוש בנייר זכוכית עדינה, להסיר שאריות של ניטריד בורון מהקצוות של גליל העובש, על מנת לשפר את החותם בין גליל העובש ועובש הבסיס.
   הערה: 3 השלבים הבאים הם עבור הפרוטוקולים A ו- B; לפרוטוקולים C ו- D לחתוך טבעת אטם אחד בלבד למכסה.
5. לחתוך 2 טבעות אטם מ -1 מ"מ גיליון גרפיט עבה (OD = 60 מ"מ, ID = 51 מ"מ), אחד לאיחוד בין הקצה העליון של גליל העובש ומכסה העובש שקדם למערכת השסתום, אחרות לאיחוד בין הקצה התחתון של גליל העובש ועובש הבסיס.
6. הנח אחד מהאטמים בחריץ בסיס תבנית.
7. הנח את בוטאום של גליל העובש לתוך החריץ עם האטם.
8. הקש קל עם פטיש על החלק העליון של גליל העובש כדי לאבטח את התחתית לחריץ הבסיס.
   הערה: לפרוטוקול B, C, D או, להוסיף את הצעד הבא.
   1. יוצקים של NaCl הקנס (<500 מיקרומטר) g 100 לתוך צילינדר העובש ולשטח את הראש עם בר אלומיניום חתוך הקשה על גבי זה בקלילות עם הפטיש כדי להבטיח NaCl הקנס הוא ארוז לצפיפות גבוהה.
      הערה: לפרוטוקול D להוסיף את הצעד הבא.
   2. לחתוך 2 עיגולים של Kaowool קרמיקה עבה 2 מ"מ רך שמיכה בגודל של קוטר התבנית (51 מ"מ) ומניח אותם על גבי NaCl בסדר, להשתמש בסרגל האלומיניום המלוטש והפטיש ללחוץ עליהם מפני NaCl בסדר.
9. יוצקים את NaCl להיות חדר לגליל העובש.
   הערה: לפרוטוקול D להוסיף את הצעד הבא.
   1. צרף את העובש ובסיס לשולחן רוטט, מה שהופך את גליל העובש בטוח לא זז מחריץ הבסיס. לִתְנוֹד1 דקות ברץ 50 עם משרעת 0.01 מ '.
10. מחזיק את החלק העליון של הגליל במקום, להרים את הבסיס ולנער קל עד NaCl בתוך התבנית יוצרת משטח שטוח בחלקו העליון.
11. הנח את סרגל האלומיניום מוכן על גבי preform NaCl.
12. הנח אטם גרפיט בחריץ של מכסה העובש.
13. ביד בורג 4 החתיכים נירוסטה לבסיס ולאבטח אותם עם 4 סטים של אגוזי נירוסטה ומנקים בחלק העליון של הבסיס באמצעות מפתח ברגים ומניחים את המכסה העובש על החלק העליון של גליל העובש באמצעות החתיכים.
14. עם מפתח מומנט נקבע על 16 N · m, לדפוק 4 סטים של אגוזי פלדה ומכונית כביסה על 4 מוטות הברגה מוברגת לתוך הבסיס והארכת דרך המכסה, שבו האגוזים הם הידקו כדי לנעול את מכסה העובש במקום.
15. צרף את החלק העליון של המכסה למערכת השסתום עם האטם, מהדק, הבורג ואגוז פרפר.
16. סגור את כל השסתומים במערכת.
17. פתח את השסתום המוביל לtהוא משאבת ואקום והעובש (שסתום 3).
18. הפעל את משאבת הוואקום עד מד החיוג של מערכת השסתום מציין את הלחץ הנמוך ביותר האפשרי.
19. כבה את משאבת הוואקום.
20. אם הפסד של ואקום במערכת הוא נמוך יותר מאשר שיעור של 50 Torr / sec לראשון 10 שניות לאחר כיבוי הוואקום לשאוב את החותם הוא מספיק טוב לחדירה.
21. השאר את שסתום המכסה פתוח (שסתום 3) כדי לשמור על המערכת בלחץ הסביבה ולסגור את שסתום משאבת ואקום (שסתום 1).
22. ללא ניתוק מערכת השסתום, מניח את התבנית בתנור שחומם מראש ובלחכות לשעה 1.

5. הסתננות

1. סגור את כל השסתומים של המערכת (איור 3).
2. פתח את השסתום מוביל לגליל גז ארגון (שסתום 2).
3. פתח את הברז הראשי על טנק ארגון הגז ולהגדיר את לחץ החדירה עם שסתום הרגולטור (לטווח של 1.4 מ"מ ל -1.7 מ"מ של גודל חלקיקי NaCl, להשתמש בלחץ של 3.5 ברים).
   הערה: לפרוטוקול ב ', לחץ חדירה של 3 בר משמש. השתמש בלחץ של בר 1 לפרוטוקולים C ו- D.
4. באופן מהיר, פתח את שסתום המכסה (שסתום 3).
5. לאחר 1 דקות, להסיר את התבנית מהתנור ומניח אותו על גבי משטח קירור (במקרה זה גוש נחושת).
   הערה: בעוד קירור, הלחץ במערכת ישתנה. ל5 דקות הראשונות של תהליך זה, לשים לב ללחץ שצוין על ידי הרגולטור ולהתאים בחזרה ללחץ החדירה במידת צורך.

הפקת 6. לדוגמא

1. לאחר 30 דקות, כאשר העובש הוא מגניב מספיק כדי להתמודד עם כפפות חסינות חום בהיר, לנתק את מערכת השסתום ולמקם את בסיס העובש על המלחציים שולחן עבודה. להתיר את המכסה מהחלק העליון של הגליל.
2. עם את המכסה, הקש קל החלק העליון של גליל העובש עם פטיש בכיוון ניצבת לאחיזתו של הצבת כדי לשחרר את גליל העובש מחריץ הבסיס.
3. הסר את בסיס העובש מהצבת ולמקם את גליל העובש באחיזת הצבת.
4. עם פטיש הקש על האלומיניום שנותר על גבי המדגם לדחוף החוצה של גליל העובש זה.
5. שימוש במסור להקה, לחתוך את החלק התחתון של מדגם הקצף, הסרת עודפי האלומיניום.
6. בהתאם לגובה של הקצף הנדרש, לחתוך בי רצויה, קרוב לחלק העליון של המדגם.
7. מניחים את הקצף הסתנן בכוס עם מים ובר ערבוב מגנטי על פלטה חשמלית ערבוב לפזר את preform NaCl.
8. הגדר את הטמפרטורה של הצלחת החמה עד 60 ° C. להחליף את המים כל 10 דקות עד שאין NaCl עזב בקצף.
   הערה: כדי להבטיח שאין NaCl עזב בקצף, להחליף את המים כ -10 פעמים. כמו כן, ניתן לבצע בדיקות תקופתיות של משקל המדגם לאחר שלב ייבוש קצר. כאשר זה מפסיק לשנות באופן משמעותי עם טבילה נוספת, NaCl יש להסיר לחלוטין.
9. לבסוף באמצעות חשמלהאוויר יבש יותר להסיר את כל המים שנותרו בקצף. מדגם הקצף מוכן.

באיור 4 המורפולוגיה של הדגנים NaCl ניתן לראות (זוויתי וכדורית), לשם המחשה. קצף שהושג עם הפרוטוקול נעשה באמצעות דגנים בצורה זוויתית ושאר נעשו עם הדגנים כדוריים. נמצא כי השימוש בדגני NaCl צורה שונה לא היה השפעה על נצפית הנקבוביות שהתקבלו בדגימות.

מהתוצאות שאנו יכולים לקבוע כי דגימות, b, ו- c (שנעשה עם פרוטוקול), בממוצע 63% נקבובי (איור 5), שנקבע מהמשקל והנפח שלהם בתפוצה רחבה. על ידי הפיכת לטכניקת שינויים, למשל, כולל הכיס של NaCl בסדר בתחתית, מאפשר את התהליך כדי לייצר קצף 5% נקבוביים יותר ומאפשר ללחץ החדירה לוריד (3.5-3 בר), אלה הם דוגמאות D, E ו- F שנעשה עם הפרוטוקול B (איור 6). ההבדל היחיד בין הפרוטוקולים A ו- B הוא התוספת של NaCl הקנס בתחתיתשל preform.

על ידי הסרת אטם תחתית תבנית החדירה, כפי שנעשה בפרוטוקול C (איור 7), לחץ החדירה הנדרשת עשויים להיות מופחת נוסף (בין 3 ל הבר 1). באמצעות שיטה, g דגימות, h הזה ואני הופק, גם מראה עלייה של 5% בנקבוביות. בפרוטוקול C הסיבה לשימוש 3 גדלים שונים של חלקיקי NaCl היא לחקור כל השפעה על נקבוביות, ומוכיח כי אפילו עם שינוי זה, הנקבוביות שהתקבל בקצף נשאר דומה מאוד והשינוי בגודל חלקיקים יש לא מעט השפעה על נקבוביות קצף בהשוואה להשפעה של הפרוטוקול המשמש. קצף מיוצר עם הפרוטוקול C שלוש דגימות נפרדות, כל אחד עשה עם גודל חלקיקים שונה. הסט האחרון של דגימות, j, k וl נעשה באמצעות הפרוטוקול D (איור 8), על ידי רטט NaCl להיות הסתנן, הגדלת הצפיפות של preform, נותן קפיצה גדולה של 8% בנקבוביות של קצף.

תצפיות מזדמנות של חדירה לא מוצלחת הן שאזור או אזורים מסוימים של preform לא הסתננו כראוי; על חדירה עלול להתרחש, כמו גם, כגון אנקפסולציה של כמה חלקיקי NaCl על ידי המתכת, שנגרם בעיקר על ידי לחץ חדירה גבוה, מניעת המים ליץ NaCl החוצה; זה בולט מאוד כאשר יש ירידה גדולה בנקבובי לכאורה (של יותר מ -5%) במדגם הופק באמצעות פרוטוקול מסוים, אם כי מדובר באירוע נדיר מאוד. איור 9 מציג מדגם לא הסתנן בצד השמאל, הסתנן כראוי מדגם באמצע ומדגם מעל הסתנן מימין. באיור 10 ניתן לראות את השינוי בנקבובי על ידי שינוי לחץ ההסתננות. אם לחץ חדירה גבוה יותר מוחל, יותר אלומיניום כפוי בין תחומי NaCl (הלחץ הגבוה מאפשר מתח הפנים שיש להתגבר על במידה רבה יותר, המאפשר פערים צרים ללהיות מלא במתכת), ובכך את השטח הפנוי שנותר יורד, יורד הנקבוביות. כדי לשלוט על התוצאה של מדגם הסתנן כראוי על ידי שיטה זו היא קשה יותר בהשוואה לשימוש בפרוטוקול שונה, שכן לחצים בסיכון גבוהים יותר של הנקבוביות חסומות בעליות הקצף מאוד.

להעריך את הסיכויים של ייצור להפעיל את המחוון הראשון של קצף הסתנן כראוי הוא הצפיפות שלהם, אחר יהיה התבוננות מחוץ למדגם; קצף הסתנן לחלוטין הוא אחיד בכל המבנה שלה, אם יש שגיאות, הם (נקבוביות בעיקר חסומים או אזורים שחדר הלא-) די מורגשות; הם ניתן לראות באיור 11. התוצאות הסופיות של הליך זה מצוינים בטבלה 1.

איור 1. קצף שכפול הגנטיצעדים פרוטוקול RAL.

איור 2. שרטוטי עיצוב של עובש קצף ההסתננות ותמונה מורכב (Scale מטרים). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3. מעבדה שרטוטים של Rig קצף ההסתננות.

איור 4. מורפולוגיה של דגני NaCl (מהשמאל: זוויתי 2-2.36 מ"מ; משמאל: 1.4-1.7 מ"מ כדורי).

5. דגימות פרוטוקול איור, B ו- C עשוי מקצף אלומיניום הפתוח נקבובי 99.95% עם מגוון גודל נקבובית מ -1.4 מ"מ ועד 1.7 מ"מ, נקבוביות ממוצעת של 63%, מדידת 51 מ"מ קוטר ו25.4 מ"מ הגובה ( Scale מטרים). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 6. הפרוטוקול B דגימות D, E ו- F עשויות 99.95% קצף אלומיניום נקבובי פתוח עם מגוון גודל נקבובית מ -1.4 מ"מ ועד 1.7 מ"מ, נקבוביות ממוצעת של 66%, מדידת 51 מ"מ קוטר ו25.4 מ"מ הגובה ( Scale מטרים). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור g דגימות 7. הפרוטוקול C, h ואני עשוי מאלומיניום 99.95% קצף נקבובי פתוח עם מגוון גודל נקבובית של 1 מ"מ ל1.18 מ"מ, 1.4 מ"מ ל -1.7 מ"מ ו 2 מ"מ ל2.36 מ"מ בהתאמה, נקבוביות ממוצעת של 70 %, מדידת 51 מ"מ קוטר ו25.4 מ"מ הגובה (Scale מטרים). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 8. j דגימות הפרוטוקול D, K dl עשוי מקצף אלומיניום הפתוח נקבובי 99.95% עם מגוון גודל נקבובית של 1.4 מ"מ ל -1.7 מ"מ, נקבוביות ממוצעת של 76%, מדידת 51 מ"מ קוטר ו25.4 מ"מ הגובה (Scale מטרים). אנא לחץ כאן לצפייה גרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 9. השפעת הלחץ על הסתננות קצף (מהשמאל: ללא הסתננות; התיכון: הסתננות נכונה; משמאל: במהלך ההסתננות). (Scale מטרים) אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

700px "/>
איור 10. משוכפלת קצף נקבוביות וריאציה על ידי שינוי לחץ הסתננות באמצעות פרוטוקול א רק

11. שגיאות בולטות דמות בקצף הופק על ידי שיטה זו (מהשמאל: תמונת Transversal; משמאל: תמונת צד) (Scale מטרים). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

טבלת 1. מדגם קצף מאפיינים משוכפלים, porosities הושג וגודל preform בשימוש.

השיטה הבסיסית שתוארה כאן נעשתה שימוש בצורות שונות על ידי חוקרים אחרים. חלק מגרסות מפתח המאפשרות קצף סוגים שונים של להיווצר הם דנו. באפיון קצף אלה שנמדדנו נקבוביות, כמו זה הערכה מהירה וקלה להכנה, אבל אפיון של מאפיינים מבניים אחרים, כגון גודל נקבובית, שטח ספציפי או יתד העובי ייתכן שיידרש כדי להשיג הבנה מלאה של מאפייני קצף ליישומים שונים. בפועל, לייצור של קצף על ידי שכפול, הגודל הנקבובית הוא מבוקר היטב על ידי החלקיקים בגודל של NaCl בשימוש, וקישורים בין זה, הצפיפות והמאפיינים המבניים האחרים יכולים להתבצע.

Preforms Densified

בתרומה הנוכחית שתארנו preform NaCl שנעשה על ידי tipping דגנים NaCl לתוך תא. אמנם, כפי שראה, במידה מסוימת של שליטה על Densiניתן להשיג על ידי ty רוטט המדגם, השרידים הנגישים הטווח ולא מוגבלים, בשל הטווח המוגבל של אריזת שברים של NaCl שניתן להשיג. על מנת לייצר קצף של נקבוביות גבוה, הצפיפות של preform יכולה להיות מוגברת על ידי דחיסתו באופן מכאני (למשל בקר isostatic קשה לשמר מבנה איזוטרופיים), או על ידי sintering בי הציפוף הוא מונע על ידי הפחתת שטח פנים. שתי שיטות אלה יהיו צפויים להיות יעילים יותר לגודל קטן יותר NaCl חלקיקים (מילימטר משנה), כגרגרים קטנים יותר הם פחות עלולים להיסדק ויש לי שטח פנים גדול יותר יחס נפח. כגודל הנקבובית המשמש בניסויים שתוארו במאמר זה הוא גדול יותר, וגם תהליך היה דורש ציוד נוסף, עם הדגש על תהליך פשוט וקל ליישום, הם לא היו בשימוש.

Preforms צורה

בגודול ו ^-14 מורטנסן שיטה הוא הציג ללשלוט על הגודל הנקבובית ולעצב יותר מאשר אפשרי באמצעות דגנים NaCl יחידים. בקנס שיטה זו אבקת NaCl מעורבבת עם קלסר (לפשטות, קמח ומים יכולים לשמש), ולאחר מכן בצורה לצורה הרצויה לפני טיפול בחום משמש לתרמית להסיר את הקלסר. אמנם לא באופן ניסיוני מורכב, שיטה זו לא נעשה שימוש בניסויים שלנו כפי שהיא לא חיוני כדי לייצר קצף ודורש שליטה בלחץ קצת יותר מדויקת על מנת להבטיח את נקבוביות סולם הקנס בpreform עצמו לא חדר.

Preforms האלטרנטיבי לNaCl

למרות NaCl מציג תכונות רבות רצויות כחומר preform (כולל טמפרטורת התכה גבוהה יחסית, רמה הגבוהה של מסיסות במים ורעילות נמוכה ועלות), זה לא תמיד מתאים. מקרה מסוים אחד הוא כאשר מתכות נקודת התכה גבוהות יותר לעיבוד, ובמצב זה יכול להיות מוחלף עם חומרים אחרים, כגון נתרן חמרןאכלתי ^16. חומרים אלה משפרים את היכולת בטמפרטורה, אבל הם בדרך כלל יקרים יותר ומאתגרים לפזר, ואינם נדרשים לעבד קצף ממתכות נמוכות יחסית נקודת התכה, כגון אלומיניום, המתכת הנפוצה ביותר שממנו קצף עשוי.

קיר קר / תאי לחץ קיר קר חלקיים

לחדור מתכת לתוך preforms גודל חלקיקים עדין, כדי לייצר קצף גודל נקבובית קטן יותר, לחצים גבוהים יותר יידרשו. אסדת הבדיקה המתוארת בעבודה זו היא מתאימה לשימוש בלחץ כספומט 6, אך ככל שהלחץ גדל ההסתברות של הדלפות מהחותמות עולה. זה יכול להיפתר על ידי עיצובים חלופיים של תא לחץ, שבו האזורים האטומים מופרדים מהאזור המחומם, בדרך כלל מוגן על ידי קירור מים. בעוד היכולת של ציוד כזה היא גדל על זה שתואר כאן, העיצוב והייצור הוא באופן משמעותי יותר מורכב, ולכן לא היה implemented בגרסה זו.

מאפייני התגלמות זה של התהליך

בעוד ליהוק האלומיניום המותך לתוך תבנית בר, פגם צינור יהווה בחלקו העליון, בשל הצטמקות התמצקות. התוצאות הטובות ביותר מושגות עם מטילים מוצקים באופן מלא, ולכן חלק זה צריך להיות מושלך או ממוחזר.

זה כבר נמצא כי על מנת שהתהליך לעבוד, את החותם בין המתכת המותכת וקיר העובש חייב להיות טוב (אחר ארגון יהיה לעקוף את המתכת ולא חדירה תתרחש). מסיבה זו, כאשר הפעלת לחץ חדירה של 3 ברים או גבוהים יותר, התוצאות הטובות ביותר מושגות עם כמות גדולה של אלומיניום, מספיק כדי למלא את התבנית, גם אם המטרה היא קבלת קצף קצר, כמו זה מגביר את הלחץ של המתכת הנוזלית סביב העובש בחלק העליון של preform ומשפר את החותם. פער קטן של חצי סנטימטר כבר מצא להיות הגובה האידיאלי בין p האלומיניוםiece ומכסה התבנית לציוד הנוכחי. ללחצי חדירה של 2.5 ברים או פחות גודל הפער הוא לא רלוונטי, רק הכמות של אלומיניום צורך היא מספיק כדי למלא את preform לחלוטין.

כאשר הידוק האגוזים על החתיכים להשתמש בדפוס כוכב (הידוק זוגות הפוכים באופן הדרגתי) כדי להבטיח שהלחץ סביב האטם אף וחותם מתקבל. כדי למנוע נזק לשסתומים בסגירה, זה תמיד נעשה באופן ידני.

מדי פעם, לא יכול להיות פגמים או אזורים של חדירה עניה. אלה הם סיכוי הטובים ביותר ליצירת בתחתית, שבו המתכת המותכת יש נסיעות הרחוקות, או בחלק העליון, ליד הממשק עם המתכת הצפופה. לכן החלק מהמדגם העקבי ביותר הוא במרכזו של האזור שנכבש על ידי preform NaCl. החלקים העליונים ותחתונים של הקצף ניתן לחתוך וזנוח. בכל פעם שהוא נדרש לקצץ בקצף כדי לייצר מדגם, עדיף לעשות זאת שנינותh NaCl עדיין קיימים בו. אם הקיצוצים נעשים לאחר שטיפה, בכל מקום החתך הוא עשה, זה יגרום ניזק ולחסום את המבנה של הקצף. איפה חיתוך המדגם לאחר נדרשת שטיפה, שיטה מוצלחת היא להשתמש בטכניקה שאינה טעינה כגון עיבוד שבבי אלקטרו-פריקה (EDM, המכונה גם שחיקת ניצוץ).

ישנם משתנה רבים בתהליך שיכול להיות שונה עבור אפקט אחר, אבל כדי לשנות את נקבוביות משתני הבקרה המתאימים ביותר הם או צפיפות preform או לחץ החדירה בשימוש.

מטרת שימוש בפרוטוקולים שונים (A, B, C ו- D) היא לייצר קצף עם porosities שונה, מ -61% ל -77%. יישום הפרוטוקול יהיה לייצר דגימות עם נקבוביות 63% בממוצע; פרוטוקול B מייצר דגימות עם נקבוביות 66%; פרוטוקול C מייצר דגימות עם נקבוביות 70% והפרוטוקול D מייצר דגימות עם נקבוביות 76%. על ידי הוספת NaCl הקנס בתחתית התבנית בפרוטוקוליםB, C ו- D זה יוצר מקלט לאוויר שנלכד בpreform במהלך חדירה אם הפינוי של החדר הוא לא מושלם. הרבה עדין להיות NaCl יתנגד חדירת האלומיניום עד לחצים גבוהים יותר הם הגיעו, על מנת להבטיח כי preform הוא שחדר לחלוטין. בלי זה כל אוויר הנוכחי יהיה דחוס, לא בוטל ונקבובי נוספים לא רצוי יהיו נוכח, ככל הנראה כאזורי uninfiltrated. פרוטוקולי C ו- D פותחו כדי לאפשר חדירה ליושג עם לחצים נמוכים בהרבה. לדגימות מיוצגות באיור 6 preform גודל חלקיקים שונה שימש, זה ניתן לציין כי שינוי זה לא יהיה השפעה מהותית בהשוואה לפרוטוקול המשמש.

אם לא אשתמש באטם התחתון בפרוטוקולי C ו- D זרימה קטנה של גז דרך תחתית התבנית אפשרית, כלומר גז לכוד מpreform יכול להתפנות מבלי להיות דחוסים ללחצים גבוהים יותר. אםזה נעשה ללא NaCl אז האלומיניום המשובח יכול להיות גם נאלץ לצאת, אלא כשכבה זו התנגדות לחדירה על ידי האלומיניום הנוזלי בלחצים שהופעל זה ימנע בריחת אלומיניום.

בפרוטוקול D, על ידי רטט preform, קצף נקבוביות גבוה יותר ניתן להשיג; בערך 9-10% יותר נקבובי בהשוואה לפרוטוקול ג זה קורה מאז הדגנים NaCl בpreform הם קרובים יותר, ומשאירים פחות מקום למילוי על ידי האלומיניום. גיליון הקרמיקה מתווסף בפרוטוקול D כדי למנוע NaCl בסדר לערבב עם החדירה NaCl ברטט, אין השפעה משמעותית נמצאה במוצרים הסופיים בעת הוספת גיליון הקרמיקה לפרוטוקול ג

המגבלה העיקרית לטכניקת עיבוד קצף המתוארת היא הנקבוביות של קצף; השיג הנמוך ביותר עד כה עם המתקן ופרוטוקולים שתוארו כאן הם סביב 61% וקרובים ביותר ל -77%. עם זאת, הוא זול וקל לשימוש בטכניקה בהשוואה לשיטות יותר מסובכות ויקרות כגון ליהוק השקעה, sintering או כתוסף ייצור. מגבלה נוספת היא המתכות, שניתן להשתמש; כל מתכת שיש נקודה קרובה או מעל נקודת התכת NaCl (801 ° C) מדי היתוך לא יכולה להיות שחדר עם preform זה. אלומיניום, מגנזיום ופח עובדו באמצעות טכניקה זו.

ציוד וכמה פרוטוקולים מוצלחים לייצור קצף אלומיניום מוצגים בפירוט. באמצעות שיטה זו ניתן ליצור קצף תאי פתוח אלומיניום עם porosities של 61-77% (המקביל לצפיפות בטווח של 1,053 621 קילוגרם / מ ³⁾ ועם גודל נקבובית ב1-2.36 קוטר מ"מ הטווח. יתר על כן, ידוע שעם שינויים בתנאי שימוש, חלק מהם הקטין יחסית, ניתן להרחיב באופן משמעותי את הטווחים הללו, ומשתנים אחרים, כגון צורה נקבובית ניתן לשנות. טכניקת השכפול מתאימה מאוד לשימוש מעבדת מחקר ליייצור קצף טל.

The authors declare that they have no competing financial interests.

הכותב רוצה להכיר המועצה הלאומית של הממשלה המקסיקנית למדע והטכנולוגיה CONACYT למתן מלגה.