שכפול היא אחת מטכניקות העיבוד המשמשות לייצור ספוגי מתכת נקבוביים. במאמר זה מוצג בפירוט יישום אחד של השיטה לייצור אלומיניום נקבובי פתוח.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
שכפול היא אחת מטכניקות העיבוד המשמשות לייצור ספוגי מתכת נקבוביים. במאמר זה מוצג בפירוט יישום אחד של השיטה לייצור אלומיניום נקבובי פתוח.
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.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הערה: ההוראות שלהלן הן לפרוטוקול (איור 1). שינויים לפרוטוקול B, C, D ומופיעים גם כן.
1. אלומיניום בר הכנה
2. תנור הכנה
3. הכנת Preform
הערה: בהתאם לגובה של הקצף שנועד ל, לשנות את הכמות של NaCl לשימוש עבור חדירה בין 100 גרם ל -300 גרם.
הכנת 4. עובש
5. הסתננות
הפקת 6. לדוגמא
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
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 יד...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
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 ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.
הכותב רוצה להכיר המועצה הלאומית של הממשלה המקסיקנית למדע והטכנולוגיה CONACYT למתן מלגה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מלח | הידרוסופט | מלח גרגירי 25 ק"ג 855754 | |
| מטילי אלומיניום http://www.travisperkins.co.uk/p/hydrosoft-granular-salt-25kg/855754/3893446 אלומיניום | וויליאם רולנד | 99.87% טהור 25 תוף ק"ג | http://www.william-rowland.com/products/high-purity-metals#product-id-1 |
| Crucible | Morgan Advance Materials | Syncarb כור היתוך | http://www.morganmms.com/crucibles-foundry-products/crucibles/syncarb/ |
| תנור | עלית מערכות תרמיות | TLCF10/27-3216CP ו-2116 O/T | http://www.elitefurnaces.com/eng/products/furnaces/1200%20Top%20Loading%20Furnaces.php |
| עובש בר | אוניברסיטת שפילד | נירוסטה בהתאמה אישית | 304, 15 ס"מ גובה, 5 ס"מ קוטר פנימי, 6 ס"מ קוטר חיצוני |
| מסור פס | קלארק | CBS45MD (6 אינץ' x 4 1/2 אינץ') 370W 060710025 | http://www.machinemart.co.uk/shop/product/details/cbs45md-41-2in-x-6in-metal-cutting-ban |
| פתילי | נייר זכוכית | מומחה נייר זכוכית רטוב ויבש 501885 | מסננות http://www.wickes.co.uk/Specialist-Wet+Dry-Sandpaper-PK4/p/501885 |
| פישר סיינטיפיק | פישרברנד מסננות בדיקה 200 מ"מ דיאמטר | http://www.fisher.co.uk/product/brand_listing.php/F/Fisherbrand/Sieve | |
| איזון | Precisa | XB 6200C | http://www.precisa.co.uk/precision_balances.php |
| בורון ניטריד | Kennametal | 500 מ"ל ספריי פחית | http://www.kennametal.com/content/dam/kennametal/kennametal/common/Resources/Catalogs-Literature/Advanced%20Materials%20and%20Wear%20Components/B-13-03401_ceramic_powders<> |
| _brochure_EN.pdf תבנית הסתננות, בסיס ומכסה | אוניברסיטת שפילד | נירוסטה בהתאמה אישית | 304, 15 ס"מ גובה, 5.1 ס"מ קוטר פנימי, 6 ס"מ קוטר חיצוני |
| עובש גלילי | אוניברסיטת שפילד | בהתאמה אישית | פלדת פחמן נמוכה 1020, גובה 15 ס"מ, קוטר פנימי 5 ס"מ, קוטר חיצוני 6 ס"מ |
| אטם גרפיט | Gee גרפיט | Geegraf נירוסטה גרפיט מחוזק גרפיט 1 עובי מ"מ | |
| http://www.geegraphite.com/steel_reinforced.html פטיש | תור האמר בע"מ | עגול מוצק סופר פלסטיק פטיש | http://www.thorhammer.com/Mallets/Round/ |
| מפתח ברגים | קנדי מקצועי | 13 מ"מ מפתח ברגים משולב מחגר KEN5822166K | |
| https://www.cromwell.co.uk/KEN5822166K אגוזים | Matlock | M8 פלדה משושה מלא אגוז מגולוון | |
| https://www.cromwell.co.uk/CTL6400068J מנקי | Matlock | M8 Form-A מכונת כביסה פלדה bzp | https://www.cromwell.co.uk/CTL6451208H |
| אגוזי SS | Matlock | M8 A2 st/st משושה אגוז מלא | https://www.cromwell.co.uk/CTL6423008F |
| מנקי SS | Matlock | M8 A2 st/st מכונת כביסה | https://www.cromwell.co.uk/CTL6464008H |
| נירוסטה חתיכה | Cromwell | M8 x 1 Mtr A2 נירוסטה QFT6397080K https://www.cromwell.co.uk/QFT6397080K | |
| שסתומים | אדוארדס C33205000 | SP16K, דיאפרגמה ניטריל | https://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=C33205000 |
| התאמת צלב | אדוארדס | C10512412 NW16 חתיכת צלב אלומיניום | https://www.edwardsvacuum.com/Products/C10512412/View.aspx |
| הולם T | Edwards | C10512411 NW16 T-Piece אלומיניום | https://www.edwardsvacuum.com/Products/C10512411/View.aspx |
| משאבת ואקום | אדוארדס | A36310940 E2M18 200-230/380-415V, 3-ph, 50 הרץ | |
| http://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=A36310940 מד חיוג | אדוארדס | D35610000 CG16K, 0-1,040 מבר | http://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=D35610000 |
| ארגון גז | BOC | Pureshield ארגון גז | |
| http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/industrial-gases/inert-gases/pureshield-argon/pureshield-argon.html צינור נירוסטה | BOC | צינור נירוסטה | http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/speciality-equipment/hoses-and-pigtails/index.html |
| ווסת | BOC | HP 1500 Series Regulator | http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/speciality-equipment/regulators/single-stage-regulators/hp1500-series/hp1500-series.html |
| בלוק נחושת | וויליאם רולנד | מטיל נחושת 25 ק"ג | http://www.william-rowland.com/products/high-purity-metals#product-id-18 |
| Vise | Record | T84-34 H/Duty Eng Vice 4 1/2 אינץ' מלתעות REC5658326K | https://www.cromwell.co.uk/REC5658326K |
| פישר 11567402 מדעי | -, צורת סקוואט, עם סימונים ופיה 800 מ"ל | https://webshop.fishersci.com/insight2_uk/getProduct.do;jsessionid=16D5812 D71B8CB37B475E94281E2BEA 5.ukhigjavappp11?productCode=11567402& resultSet Position=0 | |
| ערבוב פלטה חמה | קורנינג | קורנינג פלטה חמה לערבוב דגם 6798-420d | http://www.corning.com/lifesciences/us_canada/en/technical_resources/product_guid/shp/shp.aspx |
| [header] | |||
| Stir Bar | Fisher Scientific | 11848862 - PTFE מוט ערבוב + טבעת 25x6 מ"מ | https://webshop.fishersci.com/insight2_uk/getProduct.do;jsessionid=16D5812 D71B8CB37B475E94281E2BEA 5.ukhigjavappp11?productCode=11848862& resultSet Position=0 |
| מייבש אוויר | V05 | V05 Max Air Turbo Dryer DR-120-GB | http://reviews.boots.com/2111-en_gb/1120627/v05-v05-max-air-turbo-hair-dryer-dr-120-gb-reviews/reviews.htm |
| גיליון קרמיקה | Morgan Advance Materials | שמיכת Kaowool בעובי 2 מ"מ | http://www.morganthermalceramics.com/downloads/datasheets?f[0]=field_type%3A84 |
| שולחן רטט | Peveril מכונות | Pevco שולחן רטט 1.25 מטר x 0.625 m x 0.6 מ | https://peverilmachinery.co.uk/equipment/vibrating-tables |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
A journal reference was corrected in the publication of Casting Protocols for the Production of Open Cell Aluminum Foams by the Replication Technique and the Effect on Porosity. Reference 21 and 22 were originally merged together as one reference. They have been separated into references 21 and 22 in the article. The reference numbers have been updated in the article to reflect this additional reference citation. It has been updated from:
to: