Replicatie is een van de verwerkingstechnieken die worden gebruikt voor de productie van poreuze metalen sponzen. In dit artikel wordt één implementatie van de methode voor de productie van open cellulaire poreuze aluminium in detail getoond.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Replicatie is een van de verwerkingstechnieken die worden gebruikt voor de productie van poreuze metalen sponzen. In dit artikel wordt één implementatie van de methode voor de productie van open cellulaire poreuze aluminium in detail getoond.
Metaalschuim zijn interessant materiaal zowel fundamenteel inzicht en praktische toepassingen oogpunt. Toepassingen zijn voorgesteld, en in veel gevallen experimenteel bevestigd, voor lichte of effect energieabsorberende structuren, grote oppervlakte warmtewisselaars of elektroden implantaten aan het lichaam, en veel meer. Hoewel grote vooruitgang geboekt in het begrijpen van de structuur-eigenschappen relaties, het grote aantal verschillende bewerkingstechnieken, elk producerend materiaal met verschillende eigenschappen en structuur betekent dat begrip van de individuele effecten van alle aspecten van de structuur niet voltooid. Het replicatieproces, waarbij gesmolten metaal geïnfiltreerd tussen korrels van een verwijderbaar voorvorm materiaal, kan een aanzienlijk hoge mate van controle en is gebruikt met goed resultaat een aantal van deze relaties helderen. Niettemin heeft het proces vele stappen die afhankelijk van individuele "kennis" zijn, enDit document beoogt een gedetailleerde beschrijving van alle fasen van een uitvoeringsvorm van deze verwerking werkwijze, gebruik van materialen en apparatuur die relatief eenvoudig in te stellen in een onderzoeksomgeving zijn. Het doel van dit protocol en de varianten is metaalschuim produceren op een efficiënte en eenvoudige wijze, waardoor de mogelijkheid om de resultaten van de monsters passen door het modificeren bepaalde stappen in het proces. Door het volgen van deze, kan open cel aluminium schuimen met poriegroottes van 1-2,36 mm diameter en 61% tot 77% porositeit worden verkregen.
Metaalschuimen hebben een groot bedrag van de rente en onderzoeksinspanning aangetrokken in de afgelopen jaren, zoals blijkt uit het grote oeuvre aangehaald in brede evaluatie artikelen zoals Banhart 1, Conde et al. 2 of meer recent Goodall en Mortensen 3. Onder het gebruikt voor de productie van het materiaal methoden, wordt de replicatie proces onderscheidt zich door zijn experimentele eenvoud en de mate van controle over het uiteindelijke schuim structuur die kan worden aangeboden. Opgemerkt wordt dat hoewel in de literatuur dergelijke materialen worden vaak beschreven als schuimen (en hier) zoals ze niet worden geproduceerd door gasbellen in een vloeistof worden ze geschikter genoemd poreus metalen of microcellulaire metalen.
Het eerste verslag van de replicatie proces was in de vroege jaren 1960 4, en het is verder ontwikkeld in de verschillende stadia sindsdien, met een opmerkelijke vooruitgang door de onderzoeksgroep van Mortensen aan de Ecole Polytechnique Federale de Lausanne in Zwitserland.
Het steunt op het gieten van het metaal rondom een voorvorm van deeltjes die de vorm van de porositeit in het uiteindelijke materiaal definieert 2, 5. Na koelen van de voorvorm kan worden verwijderd door oplosmiddelextractie uitloging of pyrolyse die oxidatie veroorzaakt. Een populaire gebruik van deze techniek gebruik NaCl als een ruimte houder aluminium 10/05 of aluminiumlegering schuimen 11-14 produceren. NaCl heeft verschillende voordelen zoals het gemakkelijk toegankelijke, niet-toxisch en kan het schuim worden verwijderd door oplossing in water. Door een smeltpunt van 801 ° C kan worden gebruikt met metalen die een smeltpunt lager dan deze waarde, meestal aluminium, maar voorbeelden zijn ook van toepassing met materialen zoals metallieke glazen door bevochtigen een mix van vloeistof-palladium gebaseerde bulk metallic glas legering en NaCl korrels 15. Substitutie van de NaCl met hoger smeltpunt materialen maakt ook de production van schuim van hoger smeltpunt metalen 16. Dit kunnen andere in water oplosbare materialen of onoplosbare inbegrip van verschillende soorten zand. In deze vorm wordt het proces meer conventionele zandgieten als de zand, hoge druk waterstralen 17, 18 of andere vormen van was- 19 en schudden 20 vereist verwijderen.
Het essentieel proces 21 verloopt door middel korrels NaCl en ze in een vorm 4, 22, 23. De basismethode is gebruikt voor aluminium en aluminiumlegeringen schuimen 24-26 maken voor een breed scala van schuim gedrag onderzoeken. Aanvullende maatregelen zijn ingevoerd om verdere controle van de dichtheid en de interconnectiviteit van de poriën te verhogen; deze omvatten het verdichten van de voorvorm. Om de voorvorm te verdichten, is sinteren in dienst 27, 28 en is gebruikt in verschillende experimenten sinds 13, met het sintergedrag vanNaCl basis van temperatuur, korrelgrootte en dichtheid beschreven door Goodall et al. 29. Een andere methode hiervoor is koud isostatisch persen (CIP) 5, 30; Dit is een snellere techniek die een groter spectrum van vergelijkbare dichtheden kunnen bereiken. De procedure kan ook worden uitgevoerd in de vaste toestand met metaalpoeder en NaCl korrels, en wordt dan soms genoemd sinteren en oplossingsproces 31.
Een volledig overzicht van het gebruik van de replicatie techniek date en vergelijking met andere technieken worden in Goodall en Mortensen 3.
In dit werk rapporteren we gedetailleerd apparatuur en experimentele protocollen die zijn gebruikt voor het verwerken van metaalschuim door de replicatiemethode, en die relatief eenvoudig te implementeren in een laboratorium omgeving. Het is belangrijk te erkennen dat andere versies van de apparaten, met verschillende mogelijkheden bestaan in andere onderzoeken gde andere groepen, en dat terwijl de hier gepresenteerde materiaal is geschikt om het materiaal te verwerken, is niet de enige versie of protocol dat kan worden gemaakt om te werken. In elk geval, een grondig begrip van een bepaalde methode is essentieel voor experimentele succes.
De precieze protocollen die gebruikt worden hieronder beschreven. Het protocol varianten (A, B, C en D) hebben kleine veranderingen tussen hen voornamelijk bestemd zijn om de dichtheid van de geproduceerde schuimen wijzigen. De porositeit wordt berekend uit metingen van het stortgewicht van de monsters, de omvang en de dichtheid van aluminium (2,7 g / cm 3). Bij het ontwikkelen van de beschreven aluminiumschuim productie van replicatie werkwijzen zijn pogingen gedaan om de hoeveelheid geavanceerde apparatuur reduceren tot de kleinst mogelijke mate, dat de werkwijze zo eenvoudig mogelijk te implementeren. Andere variaties die kunnen worden gebruikt in verschillende stadia worden later besproken.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
OPMERKING: De onderstaande instructies zijn voor protocol A (figuur 1). Modificaties voor protocol B, C en D worden ook vermeld.
1. Aluminium Bar Voorbereiding
2. Furnace Voorbereiding
3. Preform Voorbereiding
OPMERKING: Afhankelijk van de hoogte van het schuim nagestreefd, varieert de hoeveelheid NaCl te gebruiken voor infiltratie tussen 100 g en 300 g.
4. Mold Voorbereiding
5. Infiltratie
6. Monsteraftapkraan
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
In figuur 4 de morfologie van de NaCl korrels zichtbaar (hoekig en sferische), voor illustratieve doeleinden. De verkregen Protocol A schuimen werden gemaakt met behulp hoekig gevormde korrels en de rest werd gemaakt met het bolvormige korrels. Gevonden werd dat het gebruik van verschillende vorm NaCl korrels had geen waarneembaar effect op de porositeit verkregen in de monsters.
Uit de resultaten kunnen we vaststellen dat monsters a, b en c (gemaakt Protocol A), gemiddeld 6...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De basismethode beschreven is gebruikt in verschillende vormen door andere onderzoekers. Enkele van de belangrijkste varianten waarmee schuimen van verschillende typen te creëren besproken. In karakteriseren deze schuimen hebben we de porositeit gemeten, omdat dit een snelle en eenvoudige beoordeling te maken, maar karakterisatie van andere structurele kenmerken, zoals poriegrootte, specifiek oppervlak of strut dikte wellicht noodzakelijk een volledig begrip van schuim eigenschappen worden verkregen voor verschillende t...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen hebben.
De overeenkomstige auteur wil graag Nationale Raad voor Wetenschap en Technologie CONACYT de Mexicaanse regering te erkennen voor het verstrekken van een beurs.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Zout | Hydrosoft | Granulair zout 25 kg 855754 | http://www.travisperkins.co.uk/p/hydrosoft-granular-salt-25kg/855754/3893446 |
| Aluminium | William Rowland | Aluminium ingots 99.87% puur 25 kg vat | http://www.william-rowland.com/products/high-purity-metals#product-id-1 |
| Smeltkroes | Morgan Advance Materials | Syncarb smeltkroes | http://www.morganmms.com/crucibles-foundry-products/crucibles/syncarb/ |
| Oven | Elite Thermal Systems | TLCF10/27-3216CP & 2116 O/T | http://www.elitefurnaces.com/eng/products/furnaces/1200%20Top%20Loading%20Furnaces.php |
| Staafmal | The University of Sheffield | Op maat gemaakt | Roestvrij staal 304, 15 cm hoogte, 5 cm binnendiameter, 6 cm buitendiameter |
| Bandzaag | Clarke | CBS45MD (6" x 4 1/2") 370W 060710025 | http://www.machinemart.co.uk/shop/product/details/cbs45md-41-2in-x-6in-metal-cutting-ban |
| Schuurpapier | Wickes | Specialist nat & droog schuurpapier 501885 | http://www.wickes.co.uk/Specialist-Wet+Dry-Sandpaper-PK4/p/501885 |
| Zeef | Fisher Scientific | Fisherbrand testsive 200 mm diameter | http://www.fisher.co.uk/product/brand_listing.php/F/Fisherbrand/Sieve |
| Weegschaal | Precisa | XB 6200C | http://www.precisa.co.uk/precision_balances.php |
| Boornitride | Kennametal | 500 ml spuitbus | 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 |
| Infiltratiemal, Basis en Deksel | The University of Sheffield | Op maat gemaakt | Roestvrij staal 304, 15 cm hoogte, 5.1 cm binnendiameter, 6 cm buitendiameter |
| Cilindrische mal | The University of Sheffield | Op maat gemaakt | Koolstofstaal 1020, 15 cm hoogte, 5 cm binnendiameter, 6 cm buitendiameter |
| Grafiet pakking | Gee Graphite | Geegraf Roestvrij staal versterkte grafiet 1 mm dik | http://www.geegraphite.com/steel_reinforced.html |
| Hamer | Thor Hammer Co. Ltd. | Ronde massieve super plastic hamer | http://www.thorhammer.com/Mallets/Round/ |
| Moersleutel | Kennedy Professional | 13 mm Ratelsleutel KEN5822166K | https://www.cromwell.co.uk/KEN5822166K |
| Moeren | Matlock | M8 Staal zeskant volledige moer gegalvaniseerd | https://www.cromwell.co.uk/CTL6400068J |
| Schijven | Matlock | M8 Form-A staal schroefvlak bzp | https://www.cromwell.co.uk/CTL6451208H |
| RVS Moeren | Matlock | M8 A2 st/st zeskant volledige moer | https://www.cromwell.co.uk/CTL6423008F |
| RVS Schijven | Matlock | M8 A2 st/st Form-A schroefvlak | https://www.cromwell.co.uk/CTL6464008H |
| RVS bouten | Cromwell | M8 x 1 Mtr A2 RVS bouten QFT6397080K | https://www.cromwell.co.uk/QFT6397080K |
| Klappen | Edwards | C33205000 SP16K, Nitrile Diafragma | https://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=C33205000 |
| Kruisstuk | Edwards | C10512412 NW16 Kruisstuk Aluminium | https://www.edwardsvacuum.com/Products/C10512412/View.aspx |
| T-stuk | Edwards | C10512411 NW16 T-stuk Aluminium | https://www.edwardsvacuum.com/Products/C10512411/View.aspx |
| Vacuumpomp | Edwards | A36310940 E2M18 200-230/380-415V, 3-ph, 50 Hz | http://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=A36310940 |
| Meetlint | Edwards | D35610000 CG16K, 0-1.040 mbar | http://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=D35610000 |
| Argon gas | BOC | Pureshield Argon Gas | http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/industrial-gases/inert-gases/pureshield-argon/pureshield-argon.html |
| RVS slang | BOC | RVS slang | http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/speciality-equipment/hoses-and-pigtails/index.html |
| Regelaar | BOC | HP 1500 Serie Regelaar | http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/speciality-equipment/regulators/single-stage-regulators/hp1500-series/hp1500-series.html |
| Koperblok | William Rowland | Koper ingot 25 kg | http://www.william-rowland.com/products/high-purity-metals#product-id-18 |
| Klem | Record | T84-34 H/Duty Eng Vice 4 1/2" kaken REC5658326K | https://www.cromwell.co.uk/REC5658326K |
| Beker | Fisher Scientific | 11567402 - Beker, schuine vorm, met graduaties en uitloop 800 ml | https://webshop.fishersci.com/insight2_uk/getProduct.do;jsessionid=16D5812 D71B8CB37B475E94281E2BEA 5.ukhigjavappp11?productCode=11567402&resultSet Position=0 |
| Verwarmde |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
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: