CN109338144A - 一种二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备方法 - Google Patents
一种二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109338144A CN109338144A CN201811321243.XA CN201811321243A CN109338144A CN 109338144 A CN109338144 A CN 109338144A CN 201811321243 A CN201811321243 A CN 201811321243A CN 109338144 A CN109338144 A CN 109338144A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sides
- preparation
- leptospira
- copper
- copper alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/08—Alloys with open or closed pores
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/08—Alloys with open or closed pores
- C22C1/081—Casting porous metals into porous preform skeleton without foaming
- C22C1/082—Casting porous metals into porous preform skeleton without foaming with removal of the preform
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
- C22C9/04—Alloys based on copper with zinc as the next major constituent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明公开一种二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备方法，该泡沫铜是以一种二十四面螺旋体结构为基础的新型轻质结构功能材料。所述制备方法具体是选用PLA材质进行3D打印螺旋二十四面体结构；然后将高固相、低粘度的石膏浆料充入PLA二十四面螺旋体空隙中、经干燥形成所需预制型；再将预制型中的PLA材料熔化并倾倒熔体后置于金属模具中，然后浇入配制好的铜合金液，并对其施加压力，使金属液充填于孔隙中；冷却后清除掉成型块中的石膏残渣，即获得具有一定孔隙且三维贯通的二十四面螺旋体结构泡沫铜。本发明可以通过改变二十四面螺旋体结构的参数，控制泡沫铜的孔径大小、孔隙率、气孔形状分布等，使制备的泡沫铜更适合工业的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种泡沫铜的制备方法，具体的涉及一种二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备方法。
背景技术
泡沫铜是一种在铜基体中均匀分布着大量连通或不连通孔洞的新型多功能材料，具有轻质、密度小、多孔以及高比强度、减振、吸声吸能等泡沫金属共有的特性，而且其导电性和延展性所体现的优势使泡沫铜在用于电池作电极的基体材料方面有明显的优点，在汽车、航空航天、热交换、建筑等领域泡沫铜有着广泛的应用。泡沫铜不仅具备良好的力学性能，其制备成本也较低，可用于制作催化剂载体、电磁屏蔽材料、换热器等。制备泡沫铜的方法主要有：电沉积法、定向凝固法、渗流铸造法、粉末冶金法、去合金法和松烧结法。现有的制备方法不能精确控制泡沫铜孔隙分布，孔尺寸大小不均匀、孔隙率均匀性和连通性较差，难以保证泡沫铜成品的力学性能。
发明内容
本发明提供一种二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备方法，这种三周期极小曲面结构除能保证力学性能外，其防撞击性能较其他结构具备明显优势，还具备光滑连续、连通性良好、三维贯通的孔隙结构。该方法可以通过改变方程的周期参数和曲率参数、模型的壁厚对孔结构、孔隙率进行调整和精确控制，从而保证孔结构的均匀一致，便于获取特定工况下的最佳孔隙度。其中，该制备方法包含以下几个步骤：
（1）PLA骨架的制备：利用熔融沉积式3D打印机直接打印所设计的PLA材料的二十四面体螺旋体结构，分层厚度0.1~0.2mm，打印速度60mm/s，周期参数1~4，曲面厚度0.5~2mm，曲率0~1；
（2）基于二十四面螺旋体结构多孔预制块的制备：将步骤（1）所获得的螺旋结构固定于模具中，把混合好的石膏浆料灌于模具中，施加一定的机械振动；待浆料硬化后，放在180~200℃烘干箱中保温1~2h，熔化PLA材质的二十四面螺旋体结构，然后倒掉PLA熔体，并清洗，再置于焙烧炉中焙烧，在5℃/min升温至200℃，再以5~10℃/min升温至700℃，保温4~6h，再以5~6℃/min，降温至300℃，保温3~5h，该方法能使石膏内部温度趋于均匀，减少了开裂倾向，即可得到基于二十四面螺旋体结构的多孔预制块；
（3）铜合金液的制备：选用HSi80-3铜合金，合金含铜75-85%，Si 2-6%，Zn 12-18%，Mn0.15-0.5%（优选方案中，含铜80.95%，Si3.47%，Zn15.22%，Mn0.36%，）将铜合金在真空下加热到1050±10℃进行熔化；
（4）铜/石膏复合材料的制备：将步骤（2）所获得的多孔预制块放在模具中，预制块的预热温度为500~600℃，再将步骤（3）所获得的铜合金液直接浇注到预制块上，铜液的浇注温度980~1020℃，同时并对其施加0.02~0.04MPa的压力，使铜合金液充填于预制块的孔隙中，获得铜和石膏的复合材料；
（5）基于二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备：将步骤（4）所获得的复合材料试样采用流水冲洗并配以机械振动或压缩空气冲击方式清理，反复进行三次，即可制备二十四面螺旋体结构泡沫铜。
本发明具有如下有益效果：
本发明的技术方案中石英玻璃有助于减缓石膏型受热变形和开裂倾向，硅藻土能提高石膏透气性及焙烧过程中的抗裂能力，加入耐火黏土能减轻浇注时石膏与铜合金的相互作用。
本发明技术方案得到的二十四面螺旋体结构是一种三周期极小曲面结构，除
能保证力学性能外，还具备光滑连续、连通性良好、三维贯通的孔隙结构，相较于一般多孔结构如蜂窝结构，受力更加均匀，整体更加稳定以及空间排列更加多样性和可控性，可以通过调整二十四面螺旋体结构的周期参数来控制孔结构及孔隙大小。
通过本发明的步骤制备出的二十四面螺旋体结构泡沫铜，通过对螺旋体结构进行设计，构造可控孔径大小、孔隙率、气孔形状的泡沫铜结构，该方法制备的泡沫铜具有相互连通的三维多孔结构，形状规则且可控，厚度可调，孔隙率可在80%~95%范围内调整。另外，该方法制备的泡沫铜，结合了极小曲面结构高强度、耐冲击性、低相对密度、热声隔离性能等优良特质，使所制备的泡沫铜在工业领域上有极大的应用空间。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步的说明：
图1为二十四面螺旋体最小单元格示意图。
图2为二十四面螺旋体结构一制备的泡沫铜示意图。
图3为二十四面螺旋体结构二制备的泡沫铜示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例一
（1）PLA骨架的制备：利用熔融沉积式3D打印机打印所设计的PLA材料的二十四面体螺旋结构，分层厚度0.1mm，4×4×4cm范围的立方体，周期参数2，曲面厚度1mm，曲率0；
（2）基于二十四面螺旋体结构的多孔预制块的制备：将步骤一所获得的螺旋结构固定于模具中，把配制好的石膏浆料灌于模具中，其中石膏、石英玻璃、硅藻土、耐火黏土的质量比为50：40：3：7，施加一定的机械振动；待浆料硬化后，放在200℃烘干箱中保温2h，熔化PLA材料，然后倒掉PLA熔体，并进行清洗，再置于焙烧炉中焙烧，在5℃/min升温至200℃，再以5℃/min升温至700℃，保温4h，再以6℃/min，降温至300℃，保温5h，即可得到基于二十四面螺旋体结构的多孔预制块；
（3）铜合金液的制备：将铜合金在真空下加热到1050℃进行熔化；
（4）铜/石膏复合材料的制备：将步骤二所获得的多孔预制块放在模具中，预制块的预热温度为600℃，再将步骤三获得的铜合金液直接浇注到预制块上，铜合金液的浇注温度1000℃，同时并对其施加0.04MPa的压力，使铜合金液充填于预制块的孔隙中，获得铜和石膏的复合材料；
（5）基于二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备：将步骤四所获得的复合材料试样采用流水冲洗并配以机械振动或压缩空气冲击方式清理，反复进行多次，即可制备二十四面螺旋体结构泡沫铜，孔隙率为86.89%，如图2所示。
实施例二
（1）PLA骨架的制备：利用熔融沉积式3D打印机直接打印所设计的PLA材料的二十四面螺旋体结构，分层厚度0.1mm，4×4×4cm范围的立方体，周期参数3，曲面厚度1mm，曲率0.5；
（2）基于二十四面螺旋体结构的多孔预制块的制备：将步骤一所获得的螺旋结构固定于模具中，把配制好的石膏浆料灌于模具中，其中石膏、石英玻璃、硅藻土、耐火黏土的质量比为50：40：3：7，施加一定的机械振动；待浆料硬化后，放在200℃烘干箱中保温2h，熔化PLA材质的二十四面螺旋体结构，然后倒掉PLA熔体，并进行清洗，再置于焙烧炉中焙烧，在5℃/min升温至200℃，再以5℃/min升温至700℃，保温4h，再以6℃/min，降温至300℃，保温5h，即可得到基于二十四面螺旋体结构的多孔预制块；
（3）铜合金液的制备：将铜合金在真空下加热到1050℃温度进行熔化；
（4）铜/石膏复合材料的制备：将获得步骤所获得的多孔预制块放在模具中，预制块的预热温度为600℃，再将步骤三所获得的铜合金液直接浇注到预制块上，铜合金液的浇注温度1000℃，同时并对其施加0.04MPa的压力，使铜合金液充填于预制块的孔隙中，获得铜和石膏的复合材料；
（5）基于二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备：将步骤四所获得的复合材料试样采用流水冲洗并配以机械振动或压缩空气冲击方式清理，反复进行多次，即可制备二十四面螺旋体结构泡沫铜，孔隙率为87.44%，如图3所示。
Claims (6)
1.一种二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用3D打印机对PLA材料打印成二十四面体螺旋结构；
步骤二、将步骤一所获得的二十四面体螺旋结构固定于模具中，把混合好的石膏浆料灌于模具中，机械振动；待浆料硬化后，置于180~200℃的烘干箱中保温1~2h，熔化PLA材质，倾倒后进行清洗，再置于焙烧炉中焙烧，得到二十四面螺旋体结构的多孔预制块；
步骤三、将铜合金在真空下加热到1050±10℃进行熔化；
步骤四、将步骤二所获得的多孔预制块放在模具中，预热至250~350℃，再将步骤三所获得的铜合金液直接浇注到预制块上，铝液的浇注温度980~1020℃，同时并对其施加0.02~0.04MPa的压力，使铜合金液充填于预制块的孔隙中，获得铜和石膏的复合材料；
步骤五、将步骤四所获得的复合材料试样采用流水冲洗，伴以机械振动或压缩空气冲击方式清理，反复进行多次，即可制备二十四面螺旋体结构泡沫铜。
2.根据权利要求1所述的二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备方法，其特征在于，步骤一中的3D打印工艺参数为分层厚度0.1~0.2mm，打印速度60mm/s，周期参数1~4，曲面厚度0.5~2mm，曲率0~1。
3.根据权利要求1所述的二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备方法，其特征在于，步骤二中，石膏浆料包括半水石膏、石英玻璃、硅藻土以及耐火黏土，其中半水石膏、石英玻璃、硅藻土、耐火黏土质量比为45~50：40~45：2~4：7~10。
4.根据权利要求1所述的二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备方法，其特征在于，步骤二中，石膏焙烧，采用缓慢升温、慢速焙烧的工艺，具体为起始温度低于200℃，先在5℃/min升温至200℃，再以5~10℃/min升温至700℃，保温4~6h，再以5~6℃/min，降温至300℃，保温3~5h制得。
5.根据权利要求1所述的二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备方法，其特征在于，步骤三中，铜合金为HSi80-3铜合金，该合金含铜75-85%，Si 2-6%，Zn 12-18%，Mn 0.15-0.5%。
6.根据权利要求5所述的二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备方法，其特征在于，步骤三中，铜合金为HSi80-3铜合金，该合金含铜80.95%，Si3.47%，Zn15.22%，Mn0.36%。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811321243.XA CN109338144A (zh) | 2018-11-07 | 2018-11-07 | 一种二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811321243.XA CN109338144A (zh) | 2018-11-07 | 2018-11-07 | 一种二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109338144A true CN109338144A (zh) | 2019-02-15 |
Family
ID=65314518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811321243.XA Pending CN109338144A (zh) | 2018-11-07 | 2018-11-07 | 一种二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109338144A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115523055A (zh) * | 2022-11-28 | 2022-12-27 | 中国科学院力学研究所 | 一种固液发动机药柱及其制备方法 |
| CN115596571A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-01-13 | 中国科学院力学研究所（Cn） | 应用于固液发动机药柱的内嵌金属特征结构及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101333608A (zh) * | 2008-05-30 | 2008-12-31 | 中国科学院固体物理研究所 | 高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法 |
| CN102794394A (zh) * | 2011-05-24 | 2012-11-28 | 昆山市瑞捷精密模具有限公司 | 一种利用石膏型浇注铜合金模具的方法 |
| CN103934415A (zh) * | 2014-03-11 | 2014-07-23 | 宁波通达精密铸造有限公司 | 基于3d打印的消失模铸造用泡沫模型的制备方法 |
| CA2967666A1 (en) * | 2015-08-20 | 2017-02-23 | Michael G. HASCHER | Three-dimensional printing of investment casting patterns |
| CN106623782A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-05-10 | 辽宁融达新材料科技有限公司 | 熔模铸造制备通孔泡沫铝的方法 |
| WO2019104320A1 (en) * | 2017-11-27 | 2019-05-31 | Essentium Materials, Llc | Mold assembly for manufacturing parts and a method of producing a molding assembly |
-
2018
- 2018-11-07 CN CN201811321243.XA patent/CN109338144A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101333608A (zh) * | 2008-05-30 | 2008-12-31 | 中国科学院固体物理研究所 | 高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法 |
| CN102794394A (zh) * | 2011-05-24 | 2012-11-28 | 昆山市瑞捷精密模具有限公司 | 一种利用石膏型浇注铜合金模具的方法 |
| CN103934415A (zh) * | 2014-03-11 | 2014-07-23 | 宁波通达精密铸造有限公司 | 基于3d打印的消失模铸造用泡沫模型的制备方法 |
| CA2967666A1 (en) * | 2015-08-20 | 2017-02-23 | Michael G. HASCHER | Three-dimensional printing of investment casting patterns |
| CN106623782A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-05-10 | 辽宁融达新材料科技有限公司 | 熔模铸造制备通孔泡沫铝的方法 |
| WO2019104320A1 (en) * | 2017-11-27 | 2019-05-31 | Essentium Materials, Llc | Mold assembly for manufacturing parts and a method of producing a molding assembly |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| YINGYING XUE等: "Compressive property of Al-based auxetic lattice structures fabricated by 3-D printing combined with investment casting", 《MATERIALS SCIENCE & ENGINGEERING A》 * |
| 王彦启: "规则孔型泡沫金属的构形与制备技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115523055A (zh) * | 2022-11-28 | 2022-12-27 | 中国科学院力学研究所 | 一种固液发动机药柱及其制备方法 |
| CN115596571A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-01-13 | 中国科学院力学研究所（Cn） | 应用于固液发动机药柱的内嵌金属特征结构及其制备方法 |
| CN115523055B (zh) * | 2022-11-28 | 2023-03-14 | 中国科学院力学研究所 | 一种固液发动机药柱及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109439949B (zh) | 一种采用消失模铸造多孔陶瓷/镁合金复合材料的方法 | |
| CN106623782A (zh) | 熔模铸造制备通孔泡沫铝的方法 | |
| CN110732672B (zh) | 一种梯度金属基多孔材料及其制备方法和应用 | |
| JP2007275992A (ja) | 金属製，プラスチック製またはセラミック製の、規則的に発泡した格子構造を有するオープンポーラスコンポーネントの製造方法及び製造装置，コアスタック、並びに、軽量オープンポーラスコンポーネント | |
| CN105033188A (zh) | 一种基于3d打印技术的铝基点阵材料及其制备方法 | |
| CN103641487A (zh) | 一种陶瓷预制体的制备方法及应用 | |
| CN105039770B (zh) | 一种利用定向凝固技术制备多孔金属材料的方法 | |
| CN109338144A (zh) | 一种二十四面螺旋体结构泡沫铜的制备方法 | |
| CN109252062B (zh) | 一种基于p曲面空间结构的泡沫镍的制备方法 | |
| CN105132732A (zh) | 一种孔结构可调的泡沫铝制备方法 | |
| RU2400552C2 (ru) | Способ получения пеноалюминия | |
| JP6748208B2 (ja) | 金属発泡体を含む部品を生産する方法、その方法により生産された部品、及びその方法を実現するための鋳型 | |
| CN109516810A (zh) | 一种基于p曲面的多孔碳化硅陶瓷的制备方法 | |
| CN105177339A (zh) | 一种三维空间有序孔结构泡沫铝及其制备方法 | |
| Yen et al. | Study on direct fabrication of ceramic shell mold with slurry-based ceramic laser fusion and ceramic laser sintering | |
| KR101362283B1 (ko) | 소결체 제조 방법 | |
| CN105238945A (zh) | 全通孔泡沫铝及制备技术 | |
| CN105506337B (zh) | 一种有序多孔金属的设计优化及制备方法 | |
| CN109513907A (zh) | 一种二十四面螺旋体结构泡沫铝的制备方法 | |
| RU2473411C1 (ru) | Способ получения отливок с заданными свойствами требуемых участков поверхности заданной глубины литьем по газифицируемым моделям | |
| CN111604470B (zh) | 一种超薄壁铸件的制备方法 | |
| CN109516809A (zh) | 一种基于i-wp曲面的铜碳化硅复合材料的制备方法 | |
| CN109351918B (zh) | 一种多物理场复合作用的微构件液态成形方法 | |
| CN106399740A (zh) | 一种泡沫铝材料及其制备方法 | |
| RU2193948C2 (ru) | Способ получения пористого металла и изделий из него |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190215 |