一种电磁屏蔽泡沫铝复合材料的制备方法技术

本发明专利技术为一种电磁屏蔽泡沫铝复合材料的制备方法。该方法通过镁块和空心陶瓷微球的分步复合加入，再加入经过预处理的氢化钛发泡剂后表面具有一层致密的氧化膜，使其可以在某一温度区间集中发泡，达到了减小孔径的效果，最终得到了一种新型的闭孔泡沫铝复合材料。本发明专利技术得到的产品具有低成本、小孔径、高强度及电磁屏蔽性能优良等特点。

Preparation method of electromagnetic shielding foam aluminum composite material

The invention is a preparation method of electromagnetic shielding foam aluminum composite material. By adding the magnesium block and hollow ceramic microspheres step by step, adding a layer of dense oxide film on the surface after pretreatment of the titanium hydride foaming agent, the method can concentrate foam in a certain temperature range and achieve the effect of reducing the pore size. Finally, a new closed cell aluminum foam composite material is obtained. The product has the characteristics of low cost, small aperture, high strength and excellent electromagnetic shielding performance.

【技术实现步骤摘要】
一种电磁屏蔽泡沫铝复合材料的制备方法
本专利技术属于泡沫金属制备
，具体涉及一种孔径细小、强度高且电磁屏蔽性能优良的闭孔泡沫铝复合材料的制备方法。
技术介绍
随着电子信息技术的迅猛发展，越来越多的电子、电气设备得到了广泛的应用，给人类的生产和生活带来了极大的便捷。与此同时，也产生了严重的电磁污染、电磁干扰等问题，这不仅会造成电子仪器及设备之间的相互干扰，还可能导致信息泄露，甚至影响人体健康。因此，防治电磁辐射污染，保护电磁环境安全已经成为当前迫切需要解决的问题。电磁屏蔽作为一种常用且最为有效的防护手段，越来越受到研究者们的重视并日益成为研究的重点。电磁屏蔽效果主要取决于屏蔽体的结构和材料的固有属性，其中材料的固有属性起决定性作用。因此，发展高性能电磁屏蔽材料是防止电磁污染的关键所在。闭孔泡沫铝是一种由金属铝基体及其内部独立存在的孔洞构成的一类结构～功能一体化新型材料。其独特的表面多孔结构，有效地增大了材料表面的有效反射面积；内部随机分布的立体多孔结构增加了其内部的反射界面面积和涡流损耗，从而使其具有较好的电磁屏蔽性能。同时，由于其轻质、便于拆装等优点，非常适用于用作电磁屏蔽材料。已有的研究表明，小孔径闭孔泡沫铝由于具有较高的反射损耗和涡流损耗，因而相对于孔径较大的泡沫铝而言具有更为优异的电磁屏蔽性能。科研人员对闭孔泡沫铝进行了较为系统的研究。在电磁屏蔽泡沫铝材料的制备方面，CN105338800A公开了一种泡沫铝电磁屏蔽拼接板，该方法是将两块泡沫铝板拼接，在拼缝之间安装屏蔽异性件后用紧固螺钉固定，此方法需要对泡沫铝材料进行二次加工，同时由于表层泡沫铝的力学性能较低，其固定方式容易导致泡沫铝因为局部大变形而失效，使材料失稳；CN107217176A公开了一种具有较高电磁屏蔽性能的泡沫铝材料，该方法制备出的泡沫铝的孔径较大，导致其力学相对较差，同时其电磁屏蔽性能也因此而未达到最优；CN101182608A公开了一种小孔径闭孔泡沫铝的制备方法，该方法通过加入金属Ca和形核剂TiO2使泡沫铝孔径降低至1mm，此方法同时采用了金属Ca和TiO2作为增粘剂，由于TiO2价格较高，导致产品的生产成本较高，另外更重要的一点是TiO2作为一种外加形核剂与铝基体之间的结合性能较差，在压缩变形的过程中极易在二者结合处产生裂纹，导致复合泡沫铝的压缩性能降低；CN103589892A公开了一种低密度小孔径泡沫铝的制备方法，该方法制得的泡沫铝材料具有密度低、孔径小、孔结构缺陷少等特点，且具有较高的强度和较好的吸能性能，但是该方法工艺较为复杂且对产品的尺寸范围限制较大。根据传输线理论，孔径的减少可有效地增加泡沫铝内部的多次反射损耗和涡流损耗，使其在低频及高频下的电磁屏蔽性能都得到显著提高；同时，泡沫铝的压缩性能也随着孔径的减少而增大。但现如今在低成本、小孔径、大尺寸和高电磁屏蔽泡沫铝材料的制备方面，依然缺乏有效的制备技术。基于以上原因，本专利技术从制备工艺和基体材料性能方面入手，通过添加镁元素和空心陶瓷微球，在系统研究制备工艺参数与泡沫铝复合材料孔结构关系的基础上，研究了不同的热处理工艺与泡沫铝复合材料力学、电磁屏蔽性能之间的关系，成功获得了低成本、小孔径、高强度和电磁屏蔽性能良好的泡沫铝复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种电磁屏蔽泡沫铝复合材料的制备方法。该方法通过对氢化钛发泡剂的预热处理、镁块和空心陶瓷微球的分步复合加入，得到了一种新型的闭孔泡沫铝复合材料。本专利技术得到的产品具有低成本、小孔径、高强度及电磁屏蔽性能优良等特点。本专利技术的技术方案为：一种电磁屏蔽泡沫铝复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：第一步，首先将氢化钛放入的电阻炉中，(440～520)℃预热氧化(20～40)min；然后取出空冷；第二步，将所用空心陶瓷微球倒入室温的纯水中，将破碎的空心陶瓷微球过滤去除；然后将剩余空心陶瓷微球放入干燥器皿，在(80～100)℃的烘干炉中烘干备用；第三步，将纯铝锭切割为铝块；另将纯镁也切割成块，并将其表面氧化层打磨去除后备用；第四步，称取纯铝块放入坩埚中，同时称取纯镁块和空心陶瓷微球备用；将井式电阻炉升温至(720～750)℃，待铝块完全融化后，保温(20～30)min；其中，镁块质量为铝质量的(2～5)％，空心陶瓷微球的体积为铝块体积的(10～30)％；第五步，将电阻炉温度调节至(670～690)℃；待铝熔体温度稳定后，向其中加入预先用铝箔包好的质量分数为铝熔体质量(1～2)％的纯镁块，保温(5～10)min，启动预热过的搅拌桨对熔体进行快速搅拌，搅拌速度为(800～1200)r/min，搅拌时间为(1～2)min；向铝熔体中加入预先用铝箔包好的铝熔体体积(5～10)％的空心陶瓷微球后立即启动搅拌桨，搅拌速度为(300～600)r/min，搅拌时间为(2～3)min；第六步，重复第五步过程，直到质量分数为(2～5)％的纯镁块和体积分数(10～30)％的空心陶瓷微球完全加入铝熔体当中；第七步，向由第六步获得熔体中加入预先用铝箔包好的熔体质量(0.2～0.8)％的金属钙颗粒，同时启动搅拌桨，搅拌速度为(500～800)r/min，搅拌时间为(3～6)min；之后向熔体中加入经过预热氧化处理的熔体质量(0.6～1.0)％的氢化钛，同时将搅拌速度调整为(1200～1400)r/min，搅拌时间为(20～30)s；第八步，搅拌结束后保温(30～120)s，将坩埚从电阻炉中取出，采用空冷的方式使泡沫铝凝固成型，得到小孔径闭孔泡沫铝复合材料。第九步，将有第八步获得泡沫铝复合材料放入温度为(420～480)℃的电阻炉中，保温(120～480)min，之后取出空冷，得到小孔径、高强度、高电磁屏蔽性能的闭孔泡沫铝复合材料。其中，在氢化钛的预氧化处理是在搅拌下进行。所述商业纯铝为工业纯铝锭，纯度为99.5％。所述商业纯镁为工业纯镁锭，纯度为99.5％。所述氢化钛的粒度为(100～500)目，纯度为99.8％。所述钙颗粒的粒度为(12～36)目，纯度为98％。所述空心陶瓷微球颗粒度为(40～150)μm，主要成分为质量百分比(15～30)％Al2O3和(60～80)％SiO2。上述一种闭孔泡沫铝复合材料的制备方法，所用的原料均通过商购获得，所用的设备是本
公知的，操作技术是本
的技术人员所掌握的。本专利技术突出的实质性特点为：本专利技术中，①镁块体和空心陶瓷微球的复合加入，再加入过程中采用分步、精确控制其二者质量的加入方式，可有效减少镁块的烧损和空心陶瓷微球在铝熔体中的团聚现象；②本专利技术对氢化钛发泡剂在精确地温度区间下进行合适时长的预热氧化处理，在其表面生成了一层致密的氧化膜，使其可以在某一温度区间集中发泡，达到了减小孔径的效果。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术提供了一种低成本、小孔径、高强度及电磁屏蔽性能优良的闭孔泡沫铝复合材料的制备方法，具有以下有益效果：(1)通过对氢化钛的预氧化处理，使其表面形成了一层致密的氧化膜，在其受热过程中会阻碍氢化钛的分解，从而提高其分解温度，延长其在铝溶体中的均匀分散时间段，为小孔径泡沫铝复合材料的制备提供了先决条件；(2)通过分批次加入镁块和空心陶瓷微球，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电磁屏蔽泡沫铝复合材料的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：第一步，首先将氢化钛放入的电阻炉中，(440～520)℃预热氧化(20～40)min；然后取出空冷；第二步，将所用空心陶瓷微球倒入室温的纯水中，将破碎的空心陶瓷微球过滤去除；然后将剩余空心陶瓷微球放入干燥器皿，在(80～100)℃的烘干炉中烘干备用；第三步，将纯铝锭切割为铝块；另将纯镁也切割成块，并将其表面氧化层打磨去除后备用；第四步，称取纯铝块放入坩埚中，同时称取纯镁块和空心陶瓷微球备用；将井式电阻炉升温至(720～750)℃，待铝块完全融化后，保温(20～30)min；其中，镁块质量为铝块质量的(2～5)％，空心陶瓷微球的体积为铝块体积的(10～30)％；第五步，将电阻炉温度调节至(670～690)℃；待铝熔体温度稳定后，向其中加入预先用铝箔包好的质量分数为铝熔体质量(1～2)％的纯镁块，保温(5～10)min，启动预热过的搅拌桨对熔体进行快速搅拌，搅拌速度为(800～1200)r/min，搅拌时间为(1～2)min；向铝熔体中加入预先用铝箔包好的铝熔体体积(5～10)％的空心陶瓷微球后立即启动搅拌桨，搅拌速度为(300～600)r/min，搅拌时间为(2～3)min；第六步，重复第五步过程，直到质量分数为(2～5)％的纯镁块和体积分数(10～30)％的空心陶瓷微球完全加入铝熔体当中；第七步，向由第六步获得熔体中加入预先用铝箔包好的熔体质量(0.2～0.8)％的金属钙颗粒，同时启动搅拌桨，搅拌速度为(500～800)r/min，搅拌时间为(3～6)min；之后向熔体中加入经过预热氧化处理的熔体质量(0.6～1.0)％的氢化钛，同时将搅拌速度调整为(1200～1400)r/min，搅拌时间为(20～30)s；第八步，搅拌结束后保温(30～120)s，将坩埚从电阻炉中取出，采用空冷的方式使泡沫铝凝固成型，得到小孔径闭孔泡沫铝复合材料；第九步，将有第八步获得泡沫铝复合材料放入温度为(420～480)℃的电阻炉中，保温(120～480)min，之后取出空冷，得到小孔径、高强度、高电磁屏蔽性能的闭孔泡沫铝复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种电磁屏蔽泡沫铝复合材料的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：第一步，首先将氢化钛放入的电阻炉中，(440～520)℃预热氧化(20～40)min；然后取出空冷；第二步，将所用空心陶瓷微球倒入室温的纯水中，将破碎的空心陶瓷微球过滤去除；然后将剩余空心陶瓷微球放入干燥器皿，在(80～100)℃的烘干炉中烘干备用；第三步，将纯铝锭切割为铝块；另将纯镁也切割成块，并将其表面氧化层打磨去除后备用；第四步，称取纯铝块放入坩埚中，同时称取纯镁块和空心陶瓷微球备用；将井式电阻炉升温至(720～750)℃，待铝块完全融化后，保温(20～30)min；其中，镁块质量为铝块质量的(2～5)％，空心陶瓷微球的体积为铝块体积的(10～30)％；第五步，将电阻炉温度调节至(670～690)℃；待铝熔体温度稳定后，向其中加入预先用铝箔包好的质量分数为铝熔体质量(1～2)％的纯镁块，保温(5～10)min，启动预热过的搅拌桨对熔体进行快速搅拌，搅拌速度为(800～1200)r/min，搅拌时间为(1～2)min；向铝熔体中加入预先用铝箔包好的铝熔体体积(5～10)％的空心陶瓷微球后立即启动搅拌桨，搅拌速度为(300～600)r/min，搅拌时间为(2～3)min；第六步，重复第五步过程，直到质量分数为(2～5)％的纯镁块和体积分数(10～30)％的空心陶瓷微球完全加入铝熔体当中；第七步，向由第六步获得熔体中加...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏兴川，张子晨，杨东辉，丁俭，陈学广，赵彦明，杨旭东，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12