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Abstract
금속 폼은 기본적인 이해와보기의 실용적인 응용 지점 모두에서 흥미있는 물질이다. 제안 된 용도는, 많은 경우에 임플란트 본체로서, 높은 표면 영역 열 교환기 또는 전극으로서, 경량 구조 또는 충격 에너지 흡수에 대한 실험적으로 검증, 및 많은되었다. 실력이 그들의 구조 특성 관계를 이해 하였지만, 다른 처리 기법의 다수, 다양한 특징과 구조와 각각의 생성 물질은 구조물의 모든 측면의 개별 효과의 이해가 완료되지 않은 것을 의미한다. 용탕 이동식 프리폼 물질의 입자 사이에 침투 복제 프로세스는, 제어의 높은 정도를 현저하게 할 수 있으며 이러한 관계의 일부를 명료하게 좋은 효과를 위해 사용되어왔다. 그럼에도 불구하고, 각각의 프로세스는 "노하우"에 의존하는 많은 단계를 갖고,이 논문은 연구 환경에 비교적 쉽게 설정 될 재료 및 장비를 사용하여, 이러한 처리 방법의 일 실시 예의 모든 단계의 상세한 설명을 제공하는 것을 목적으로한다. 이 프로토콜 및 그 변형의 목적은 프로세스 내의 특정 단계를 수정하여 샘플의 결과를 조정할 수있는 가능성을 제공하는, 효과적이고 간단한 방법으로 금속 발포체를 제조하는 것이다. 이 다음으로, 1-2.36 mm 직경과 77 %의 기공율 61 %의 기공 크기를 갖는 개방 셀 알루미늄 발포체를 얻을 수있다.
Introduction
넓은 예컨대 Banhart 1과 종설 징에 인용 작업하는 큰 몸체 같이 금속 발포체 최근 관심과 연구 노력의 많은 양이 많다 콘드 등. 2 개 이상의 최근 구달 모텐슨 3. 재료의 제조에 사용되는 방법 중, 복제 프로세스는 실험적인 단순성 및 제공 될 수있다 최종 발포체 구조 제어의 정도에 따라 구별된다. 그것은 그들이 가스의 기포에 의해 생성되지 않는 한 문헌에서 이러한 물질은 액체 내에 종종 발포체로서 기술 (및 위치) 되더라도 그들이보다 적절하게 미세 다공성 금속 또는 금속이라는 것을 주목해야한다.
복제 프로세스의 최초보고는 1960 년대 초 4이고, 그것은 에콜 폴리텍 모텐슨에서의 연구 그룹에 의해 현저한 진보와 함께 보낸 후 또 다른 단계에서 개발 된스위스 hnique Federale 드 로잔.
이 프로세스는, 5. 프리폼 냉각수 침출 용매 또는 열분해에 의해 제거 될 수 후 산화를 일으키는 최종 다공성 재료의 형상을 정의하는 입자의 주위 모재 금속의 주조에 의존한다. 이 기술의 사용은 인기 5-10 알루미늄 또는 알루미늄 합금 11-14 발포체를 생성하기 위해 공간 홀더로 염화나트륨을 이용한다. 염화나트륨은 비 독성, 용이하게 액세스 가능하고 물에 용해하여 발포체로부터 제거 될 수있는 바와 같이 여러 가지 이점을 갖는다. 801 ° C의 융점으로,이 값이 가장 일반적으로 알루미늄보다 낮은 융점 금속을 사용할 수 있지만, 실시 예는 또한 혼합을 가습함으로써, 이러한 벌크 금속 유리와 같은 물질로 이용의 존재 액체 팔라듐 계 벌크 금속 유리 합금 및 염화나트륨 15 과립. 높은 융점 물질과 염화나트륨의 교체는 P 허용높은 융점 금속 (16)에서 폼의 roduction. 이는 기타 수용성 물질, 또는 모래를 포함한 다양한 유형의 불용성 것을들 수있다. 이러한 형태의 처리는 더 모래, 고압 워터 제트 (17), (18) 또는 세탁기 (19)의 다른 형태 또는 20이 요구되는 교반을 제거하도록 종래의 사형 주조 같이된다.
필수적인 프로세스의 NaCl 그레인을 취하여 몰드 넣어서 21로 진행 4, 22, 23. 기본적인 방법은 발포 거동 조사 광범위한 알루미늄 및 알루미늄 합금 발포체 24-26을 확인하는 데 사용되어왔다. 추가 단계는 상기 밀도를 제어하고 기공의 상호 연결성을 증가시키기 위해 도입되었다; 이러한 프리폼의 치밀화를 포함한다. 예비 성형체를 치밀화 소결 27 채용되어, 28의 소결 거동과, 13 년 이후 다양한 실험에 사용 된염화나트륨 구달 등. (29)에 의해 설명 온도, 과립의 크기와 밀도에 따라. 이러한 목적으로 사용되는 또 다른 방법은 (CIP) 5, 30 냉간 등방이고; 이 비교 밀도의 큰 스펙트럼을 달성 할 수있는 빠른 기술이다. 절차는 또한 금속 분말 및 염화나트륨 입자와 고체 상태로 수행 될 수 있으며, 그러면 때때로 용해 소결 공정 (31)라고한다.
날짜 및 다른 기술과의 비교에 복제 기술의 사용의 완전한 조사 구달 모텐슨 3에 주어진다.
본 연구에서 우리는 세부 설비에보고하고 복제 방법에 의해 금속 발포체의 처리를 위해 사용되며, 한 실험 프로토콜 연구 실험실 환경에서 구현하기가 비교적 쉽다. 다른 기능은 다른 연구 g에 존재와이 장비의 다른 버전을 인정하는 것이 중요하다roups하고, 여기에 제시된 장비 재료를 처리하는 데 적합하지만,이 전용 버전 또는 작동하도록 만들 수있다 프로토콜이 아님. 어떤 경우에, 임의의 특정 방법의 완전한 이해 실험 성공에 필수적이다.
사용되는 정확한 프로토콜이 아래에 자세히 설명되어있다. 프로토콜의 변화 (A, B, C 및 D)은 주로 제조 발포체의 밀도를 변경하기위한 그들 사이의 약간의 변화가있다. 기공률은 벌크 샘플의 중량, 부피 및 알루미늄의 농도를 측정하여 산출 된 (2.7 g / cm 3). 복제에 의해 알루미늄 발포체 제조에 기술 된 방법을 개발, 시도 방법은 가능한 구현하기 용이하도록, 가능한 한 작은 범위까지 첨단 장비의 양을 감소시키기 위해 이루어지고있다. 다른 단계에서 사용될 수있는 다른 변형은 나중에 논의된다.
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Protocol
참고 : 아래의 지침은 프로토콜 (그림 1)에 대한 것입니다. 프로토콜 B, C 및 D에 대한 수정도 나열되어 있습니다.
1. 알루미늄 바 준비
- 도가니에 상업 순도 알루미늄 잉곳 - (1kg 500g) 큰 조각을 놓습니다.
- 용융 될 때까지 약 1 시간 동안 800 ° C에서로에서 도가니를 놓습니다.
- 퍼니스에서 도가니를 취하여 약 ½ mm의 간극을 제공 침윤 (51mm)을 위해 사용되는 챔버의 최종 직경보다 약간 작은 직경 50mm를, 통 형상 주형에 용융 알루미늄을 붓는다.
- 막대가 식을 때까지 1 시간 정도 기다립니다.
- 금형에서 줄을 제거합니다.
- 띠톱를 사용하여, 4- 동일한 크기의 조각으로 잘랐다.
- 모래 각 조각의 가장자리는 침투 형에 잘 맞는을 보장합니다.
2. 전기로 준비
- # 740에 도달하는 노 프로그램(176) 적어도 2 시간 동안 C 고원.
- 20 ° C / 분 노의 가열 속도를 설정한다.
3. 프리폼 준비
위한 목적 발포체의 높이에 따라 100g 및 300g 사이 침윤 사용할 염화나트륨의 양을 변화 : 참고.
- 직경 (1.4 mm와 1.7 mm 사이의 범위 등) 요구되는 기공 크기 범위에 대응하여, NaCl을 사용 침윤을 선택한다. 재료는 고순도 화학 물질 공급자로부터 얻을 수있다, 또는 슈퍼마켓 구입 식염 (예 : 물질은 요오드 및 고결 제와 같은 첨가물을 가질 것이지만, 이러한 상당한 정도로 실제로 영향의 처리를하지 않음) 사용할 수있다.
- 적절한 크기 범위의 체를 선택하고 하단의 작은 구멍 크기의 기본 컨테이너 스택.
- 염화나트륨의 공급 업체 '가방에서 약 500 g을 적층 체에 부어.
- 체를 선동또는 수동으로 1 분 동안 체 진탕을 사용.
- 염화나트륨이 큰 구멍 크기의 체 및 용기 저부에 남아 버린다 염화나트륨 침윤에 사용되는 작은 조리개 체에 남아.
- 획득 침투 염화나트륨의 양을 달아.
- 양이 부족하면, 반복 3.7 3.4 단계를 반복합니다.
참고 : 프로토콜 B, C 또는 D의 경우, 미세 염화나트륨 (<500 μm의) 100 g을 얻었다. 이 프리폼에 공기가 적절하게 실을 탈출하지 않는 경우에 침투 동안 프리폼에 갇힌 공기의 금형에 여분의 공간을 만듭니다.
4. 금형 준비
- 모두 위쪽과 아래쪽 가장자리에 대한 특별한 고려를 복용, 사포 및 실험실 용지 롤, 깨끗한 금형 실린더 (그림 2)을 사용하고, 이전 사용에서 눈에 띄는 불순물을 무료로 금형을 유지.
- 얇게 피복을 생성 질화 붕소 에어로졸 스프레이 형 실린더의 내부에 스프레이몰드의 내부.
주 : 몰드의 원래 색상이 스프레이의 백색 층으로 대체 될 때 달성된다; 그것의 특정 농도를 측정 할 필요가 없다. - (원하는 경우 추가 건조에 적용될 수있다 최대 1 시간 동안 약 100 ° C까지 가열) RT에서 적어도 5 분 동안 주형 실린더 마른하자.
- 미세 사포를 사용하여, 실린더 몰드 몰드베이스 사이의 밀봉을 개선하기 위해, 실린더 몰드의 에지로부터 질화 붕소 중 어느 잔사를 제거한다.
주 : 다음의 3 단계 프로토콜 A와 B위한 것입니다; 프로토콜 C와 D의 뚜껑에 대해 하나의 개스킷 링을 잘라. - 노동 조합에 대한 다른 1mm 두께의 흑연 시트 2 개스킷 링 (OD = 60mm, ID = 51mm), 금형 실린더의 위쪽 가장자리와 밸브 시스템에 이르기까지의 금형 뚜껑 사이의 노동 조합에 대한 하나를 잘라 몰드 실린더의 하부 에지와베이스 사이에 몰드.
- 몰드베이스 홈에 개스킷 중 하나를 놓습니다.
- 맥주 냉각 및 맥주를 따르는 것용 배치가스켓 홈에 실린더의 금형 OM.
- 베이스 홈에 바닥을 고정 금형 실린더의 상단에 망치로 깬다.
주 : 프로토콜 B, C, 또는 D의 경우, 다음의 단계를 더 추가한다.- 금형 실린더에 좋은 염화나트륨 (<500 μm의)의 100g을 붓고 미세 염화나트륨이 높은 밀도로 포장되어 있는지 확인하기 위해 망치로 가볍게의 상단을 눌러 포경 알루미늄 막대 상단을 평평.
참고 : 프로토콜은 다음과 같은 단계를 추가 D의 경우. - 미세 염화나트륨에 대해을 눌러 포경 알루미늄 바, 망치를 사용, 금형 지름 (51mm)의 크기를 담요와 미세 염화나트륨의 상단에 배치 부드러운 2mm 두께의 세라믹 Kaowool의 2 원을 잘라.
- 금형 실린더에 좋은 염화나트륨 (<500 μm의)의 100g을 붓고 미세 염화나트륨이 높은 밀도로 포장되어 있는지 확인하기 위해 망치로 가볍게의 상단을 눌러 포경 알루미늄 막대 상단을 평평.
- 염화나트륨을 따르는 데 금형 실린더에 침투한다.
참고 : 프로토콜은 다음과 같은 단계를 추가 D의 경우.- 기본 홈에서 이동하지 않도록 금형 실린더를 제작, 진동 테이블에 몰드베이스를 연결합니다. 진동0.01 m의 진폭이 50 Hz에서 1 분.
- 베이스를 선택하고 곰팡이가 상단에 평평한 표면을 형성하는 내부의 염화나트륨 때까지 가볍게 흔들어 장소에서 실린더의 상단을 들고.
- 염화나트륨 프리폼의 상단에 제조 된 알루미늄 막대를 놓습니다.
- 금형 뚜껑의 홈에 흑연 가스켓을 놓습니다.
- 손으로베이스에 4 스테인레스 스틸 스터드 나사 렌치를 사용하여베이스의 상단에 스테인레스 스틸 너트와 와셔 4 세트로 고정하고 스터드를 통해 금형 실린더의 상단에있는 금형 뚜껑을 배치합니다.
- 토크 렌치 (16) N · m로 설정하면, 4 스레드 봉베이스에 나사와 너트가 제자리에 금형 뚜껑을 잠 조여 뚜껑을 통해 확장에 대한 스틸 너트와 와셔의 4 세트 나사.
- 가스켓, 클램프, 볼트와 나비 너트, 밸브 시스템에 뚜껑의 상단을 연결합니다.
- 시스템의 모든 밸브를 닫습니다.
- t 선도 밸브를 열고그 진공 펌프와 몰드 (밸브 (3)).
- 밸브 시스템의 다이얼 게이지가 가능한 최저 압력을 표시 할 때까지 진공 펌프를 켭니다.
- 진공 펌프의 전원을 끄십시오.
- 진공 시스템에서의 손실이 시일 진공 펌프 종료 후 처음 10 초 동안 50 토르 / 초의 속도보다 낮 으면 충분히 침투 좋다.
- 진공 펌프 밸브 (밸브 1) 주위 압력에서 시스템을 유지하고 닫습니다 뚜껑 밸브 개방 (밸브 3)를 둡니다.
- 밸브 시스템을 분리하지 않고, 예열로에서 금형을 배치하고, 1 시간 동안 기다린다.
5. 침투
- 시스템 (그림 3)의 모든 밸브를 닫습니다.
- 아르곤 가스 실린더 (밸브 2)로 이어지는 밸브를 엽니 다.
- 아르곤 가스 탱크 주밸브를 열고 조절 밸브와 침투 압력 설정 (염화나트륨 입경 1.7 mm 1.4 mm의 범위를, 3.5 바의 압력을 사용한다).
참고 : 프로토콜 B의 경우, 3 줄의 침투 압력이 사용된다. 프로토콜 C와 D 1 bar의 압력을 사용하여 - 신속한 방식으로, 리드 밸브 (밸브 (3))를 연다.
- 1 분 후,로에서 금형을 제거하고 (이 경우, 구리 블록)의 냉각 표면 위에 올려 놓는다.
주 : 냉각 동안, 시스템 내의 압력을 변경한다. 이 프로세스의 제 5 분 동안, 레귤레이터로 나타낸 압력에주의하고 필요한 경우 다시 침투 압력에 조정한다.
6. 샘플 추출
- 곰팡이가 빛 내열 장갑으로 처리 할 수있을만큼 멋진 30 분, 후, 밸브 시스템을 분리하고 워크 벤치 바이스에 몰드베이스를 배치합니다. 실린더의 상단에서 뚜껑을 풉니 다.
- 뚜껑으로 가볍게베이스 홈에서 금형 실린더를 풀어 바이스의 그립에 수직 방향으로 망치와 금형 실린더의 상단을 누릅니다.
- 망치로 금형 실린더 밖으로 밀어 샘플의 상단에 남아있는 알루미늄을 누릅니다.
- 띠톱를 사용하여 잉여 알루미늄을 제거 발포체 샘플의 바닥 부분을 잘라.
- 여기서, 소망하는 근접 샘플의 위로, 컷, 발포체의 필요한 높이에 따라.
- 물을 비이커와 염화나트륨 프리폼을 용해 교반 핫 플레이트에 자기 교반 막대에 침투 거품을 놓습니다.
- 60 ℃로 핫 플레이트의 온도를 설정한다. 더 염화나트륨이 거품에 남아 있지 때까지 물마다 10 분을 변경합니다.
참고 : 염화나트륨이 거품에 남아있는이 약 10 배를 물을 변경할 수 없다 보장합니다. 그것은 간단히 건조 단계 이후 샘플 중량의 주기적 검사를하는 것도 가능하다. 이것이 더 침지하여 크게 변화되지 못할 때, 염화나트륨을 완전히 제거되어야한다. - 마지막으로 전기를 사용하여공기가 건조 거품에 남아있는 모든 물을 제거합니다. 폼 샘플은 준비가되어 있습니다.
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Representative Results
도 4의 염화나트륨 입자의 형태는 예시적인 목적을 위해, (각도 및 구면)을 알 수있다. 프로토콜 얻은 발포체 모난 형상 입자를 사용하여 제조하고, 나머지는 구형 입자로 이루어졌다. 이것은 다른 형태의 NaCl 입자의 사용은 샘플에서 얻어진 다공성에는 관찰 된 효과가 없었다는 것을 알 수 있었다.
결과에서 우리는 샘플 (프로토콜로 만든) A, B, C의 벌크의 무게와 부피 결정 평균 63 % 다공성 (그림 5)에 있는지 확인할 수 있습니다. 기술 변경하여, 아래쪽 미세 염화나트륨 포켓 포함 예컨대 5 % 이상의 다공성 발포체를 제조하는 공정을 가능하게하고,이 샘플 D로 아르 (3.5 내지 3 기압까지) 침투 압력이 저하 될 수 있으며, E와 F 프로토콜 B로 만든 (그림 6). 프로토콜와 B 사이의 유일한 차이는 아래쪽 미세 NaCl을 첨가 인프리폼.
프로토콜 C (도 7) 에서처럼, 침윤 몰드의 하부 개스킷을 제거하여, 필요한 침투 압력 (3 내지 1 바까지) 더 감소 될 수있다. 이 방법, 샘플 G, H를 사용하고 난 또한 다공성에서 5 %의 증가를 보여, 제작했다. 프로토콜 C 염화나트륨 입자 3 가지 크기를 사용하는 이유는 기공율에 영향을 조사하고, 심지어는 이러한 변화와, 그 입증하는 것이다 발포체에서 얻어진 다공성은 매우 유사 유지 및 입경의 변화는 거의 영향을 갖는다 다공성 폼에 사용되는 프로토콜의 효과를 비교할 때. 프로토콜 C 제조 된 발포체는, 서로 다른 입자 크기로 만들어 각각 1 내지 3 개의 별도의 샘플이다. 샘플, J, K 및 L의 최종 세트는 발포체의 기공율 8 %의 큰 점프를주는 프리폼의 밀도를 증가 및 NaCl을 침투 진동에 의해, 프로토콜 D (도 8)를 사용하여 제조 하였다. 실패 침투의 수시 관찰은 프리폼의 특정 지역 또는 지역이 제대로 침투되지 않도록 있습니다; 이러한 금속에 의한 여러 염화나트륨 입자의 캡슐화로서뿐만 발생할 수 침윤 위에 염화나트륨을 침출 물을 방지 높은 침투 압력에 의해 주로 발생; 이는, 이것이 매우 드문 경우이더라도 특정 프로토콜을 사용하여 제조 된 샘플의 겉보기 기공율 (5 % 이상의)에 큰 드롭이 존재하는 경우도 9. 매우 명백하다 왼쪽 비 침투 샘플이다 제대로 중간에 샘플과 오른쪽을 통해 침투 샘플을 침투. 도 10에 침투 압력을 수정하여 다공성의 변화를 알 수있다. 높은 침투 압력이인가되면, 더 많은 알루미늄 염화나트륨 분야 사이 강제 (높은 압력에 좁은 틈을 허용하는, 표면 장력이 큰 정도 극복 할 수있다따라서 남은 여유 공간이 기공률이 저하 감소) 금속으로 채워질. 높은 압력에 있기 때문에, 크게 증가 발포 기공 차단의 위험을 다른 프로토콜을 사용하는 경우에 비해,이 방법에 의해 적절하게 침투 시료의 결과를 제어하는 것은 더 어렵다.
생산의 결과가 적절하게 침투 발포체 1 지표를 평가하기 위해 실행하면, 다른 샘플의 외측을 관찰 할 것이다 그들의 밀도이고; 완전히 침투 발포체는 에러가 있어도 그것이 확실히 눈에 띄는 (주로 모공 차단 또는 비 침투 존)이며, 모든 구조 중에 균일; 이들은도 11에서 볼 수있다.이 과정의 최종 결과는 표 1에 나타내었다.
그림 1. 폼 복제 유전자RAL 프로토콜 단계.
그림 거품 침투 금형 및 조립 이미지 (미터 규모) 2. 설계 회로도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 거품 침투 조작 3. 실험 회로도.
그림 4. 염화나트륨 곡물 (왼쪽의 형태학 : 각도 2-2.36 mm, 오른쪽 : 구형 1.4-1.7 mm).
도 5 프로토콜 샘플은, B 및 C (직경 51mm, 높이 25.4 mm의 측정, 1.4 mm에서 1.7 mm, 63 %의 평균 기공율에 기공 크기 범위 개방 다공성 99.95 %의 알루미늄 발포체 이루어지는 미터 규모). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 6 프로토콜 B 샘플 E와 F가 (직경 51mm, 높이 25.4 mm의 측정, 1.4 mm에서 1.7 mm, 66 %의 평균 기공율에 기공 크기 범위 개방 다공성 99.95 % 알루미늄 발포체로 만들어진, D- 미터 규모). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 7 프로토콜 C 샘플 G, H 및 I는 1.18 mm로 1mm의 공극 크기 범위 개방 다공성 99.95 % 알루미늄 발포체로 만들어진 1.7 mm 1.4 mm 각각 2mm 2.36 mm 인, (70)의 평균 기공률 %, 직경 51mm, 높이 (미터 규모)에서 25.4 mm를 측정. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
8. 프로토콜 D 샘플 J 그림, 케이 DL은 직경 51mm, 높이 (미터 규모)에서 25.4 mm를 측정, 1.7 mm, 76 %의 평균 공극률 1.4 mm의 기공 크기 범위 열린 다공성 99.95 % 알루미늄 폼 만들어집니다. 를 보려면 여기를 클릭하십시오 이 그림의 더 큰 버전.
그림 발포 폼에 침투 압력 9. 효과 (좌 : 비 침투, 중동 : 정확한 침투, 오른쪽 : 침투 이상). (미터 규모) 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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전용 프로토콜 A를 사용하여 복제 된 폼 다공성 변화 침투 압력 변화에 의해 그림 10
(: 횡단 이미지, 오른쪽 : 왼쪽 측면 이미지) 거품이 그림 11. 눈에 띄는 오류는이 방법에 의해 제조 (미터 규모). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 프로토콜 | 견본 | 입자 크기 (mm) | 공극률 (%) |
| 1.4-1.7 | 63.45 | ||
| B | (1)0.4-1.7 | 62.98 | |
| C | 1.4-1.7 | 63.09 | |
| B | 디 | 1.4-1.7 | 66.33 |
| B | 전자 | 1.4-1.7 | 66.21 |
| B | F | 1.4-1.7 | 66.08 |
| C | g | 1-1.18 | 69.96 |
| C | 시간 | 1.4-1.7 | 70.03 |
| C | 나는 | 2-2.36 | 70.75 |
| 디 | J | 1.4-1.7 | 76.20 |
| 디 | 케이 | 1.4-1.7 | 75.69 |
| 디 | L | 1.4-1.7 | 76.56 |
표 1. 복제 된 발포체 샘플의 특성, 공극률 및 얻어진 프리폼의 크기가 사용된다.
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Discussion
여기에 설명 된 기본적인 방법은 다른 연구자들에 의해 상이한 형태로 사용되어왔다. 다른 종류의 폼을 생성 할 수 있도록 키 변종 중 일부는 설명합니다. 이들 발포체의 특성에서는이 같은 기공 크기, 표면적이나 두께는, 발포 특성의 완전한 이해를 획득하는 데 필요할 수있는 스트러트 등의 다른 구조적 특성, 신속하고 용이하게 평가하지만 특성화 한, 다공성을 측정하고 다른 응용 프로그램. 실제로는, 복제에 의해 발포체의 제조를 위해, 기공 크기가 사용 염화나트륨 입경 잘 제어되고,이 사이의 링크는, 밀도 및 기타 구조적 특성이 이루어질 수있다.
고밀도 프리폼
현재의이 기여에 우리는 챔버로의 NaCl 곡물을 기울여 만든 염화나트륨 프리폼을 설명했다. 논의 된 바와 같이, 반면 densi 어느 정도의 제어TY 샘플을 진동에 의해 달성 될 수 있으며, 계속해서 액세스 범위 오히려 인해 달성 될 수의 NaCl 분획 포장의 제한된 범위로 제한. 높은 기공율의 발포체를 제조하기 위해서는, 예비 성형체의 밀도는 (등방성 구조를 유지하기 위해 냉간 정수압에서 예), 또는 조밀화 표면적 감소에 의해 구동되는 경우, 소결에 의해 기계적으로 압축하여 증가 될 수있다. 두 방법 모두는 작은 입자가 균열 어려우이며 부피비 큰 표면적을 가지고, 작은 염화나트륨 입자 크기 (서브 밀리미터)에 더 효과적 일 것으로 예상된다. 이 논문에 기재된 실험에 사용 된 세공 크기는 크고, 어느 공정이 단순하고 용이하게 구현 된 프로세스에 중점을두고, 별도의 장비를 필요로 할 때, 그들은 사용되지 않았다.
모양의 프리폼
구달과 모텐슨 (14)에서 방법이 도입된다공극 크기를 제어 및 단일 염화나트륨 입자를 사용하여 가능한 것보다 더 모양. 이 방법에서, 미세 분말의 NaCl이어서 원하는 형태로 성형 열처리 열적 바인더를 제거하기 위해 사용되기 전에 (사용할 수 단순성, 밀가루와 물) 바인더와 혼합된다. 실험적으로 복잡하지 않지만 그 발포체를 생산하기 위해 필수적인 것은 아니다 자체가 침투되지 않는 프리폼의 미세 스케일 기공을 위해 좀 더 정밀한 압력 제어를 필요로,이 방법은 실험에 사용되지 않았다.
염화나트륨 대안 프리폼
염화나트륨은 (상대적으로 높은 용융 온도, 물 및 낮은 독성과 비용에 대한 용해성의 고차 포함) 프리폼 재료로서 많은 바람직한 특성을 표시하지만, 항상 적당하지 않다. 하나의 특정한 경우는 높은 융점 금속을 처리 할 경우,이 상황이 나트륨 ALUMIN 같은 다른 재료로 대체 될 수있다(16)을 먹었다. 이들 물질은 온도 능력이 향상되지만, 일반적으로 용해하지 비싸고 도전이며, 알루미늄, 발포체가 만들어지는에서 가장 일반적인 금속과 같은 상대적으로 낮은 융점 금속에서 발포체를 처리하도록 요구되지 않는다.
냉벽 / 부분 냉벽 압력 실
작은 기공 크기 발포체를 생산하기 위해, 더 정밀한 입도 금속 프리폼에 침투시켜, 높은 압력이 요구된다. 이 연구에서 기술 된 시험 리그 6 기압의 압력을 사용하기에 적합하지만, 압력 실에서의 누출 가능성을 증가함에 따라 상승한다. 이 밀봉 영역을 가열 대역, 통상 냉각수에 의해 보호 분리되어 압력 챔버의 다른 디자인에 의해 해결 될 수있다. 이러한 장비의 기능은 여기에 기재된 방법을 통해 증가되지만, 설계 및 제조는 훨씬 더 복잡하며, 그렇게하지 않았다 implem이 버전에서 ented.
프로세스의이 실시의 특성
바 금형에 알루미늄 용탕을 주조하는 동안, 파이프 결함 인해 응고 수축에, 상단에 형성 할 것이다. 가장 좋은 결과는 완전히 고체 덩어리를 얻을 수 있습니다, 그래서이 부분은 폐기 또는 재활용해야합니다.
이것은 (달리 아르곤 금속을 우회하며 침윤이 발생하지 않는 것) 과정을 수행하기 위해서는, 용탕과 주형 벽 사이에 시일이 좋아야 것으로 밝혀졌다. 3 바 이상의 침투 압력을인가 이러한 이유로, 최적의 결과는이 주변 액체 금속의 압력이 증가함에 따라 목표 짧은 발포체를 얻는 경우에도, 주형을 채우기에 충분한 알루미늄을 다량으로 얻을 수있다 프리폼의 상단에있는 금형 및 봉인을 향상시킨다. 반 cm의 작은 갭은 알루미늄 (P) 사이의 이상적인 높이는 것으로 밝혀졌다IECE 현재 장비 몰드 덮개. 2.5 바 갭의 크기 관계가 이하의 침투 압력에서, 필요한 알루미늄의 양만을 완전히 프리폼을 채우기 위해 충분하다.
스터드에 너트를 조일 때 개스킷 주위 압력이 짝수 및 시일이 수득되도록 (단계적으로 대향 쌍 체결) 스타 패턴을 사용한다. 폐쇄에 밸브의 손상을 방지하기 위해이 항상 수동으로 이루어집니다.
때때로, 가난한 침투의 결함 또는 지역이있을 수있다. 이들은 용탕 치밀한 금속과의 계면 근방, 먼 여행을 가지고, 또는 맨 하단에 형성하는 것이 가장 쉽다. 따라서 시료의 대부분의 부분은 일관된 염화나트륨 프리폼이 차지하는 영역의 중심에있다. 거품의 상부 및 하부 부분은 절단 및 폐기 될 수있다. 이 샘플을 생성하기 위해 상기 발포체를 절단이 필요할 때마다, 너무 재치을 수행하는 것이 가장 좋다시간 여전히 그 안에있는 염화나트륨. 상처가 침출 후 이루어질 경우 절단이 이루어질 때마다, 그것은 손상 및 폼의 구조를 차단합니다. 침출 후이 필요한 샘플을 절단하는 경우에는 성공적인 방법은 전기 방전 가공 (EDM라고도 스파크 침식)와 같은 비 로딩 기술을 사용하는 것이다.
가지 다른 효과 변형 될 수있는 많은 프로세스 변수들이 있지만 기공률을 변경하기 위해 가장 적합한 제어 변수는 프리폼 밀도 또는 사용 중 침투 압력이다.
다른 프로토콜들 (A, B, C 및 D)를 사용하는 목적은 61 %에서 77 %로, 다른 기공율과 발포체를 제조하는 것이다. 프로토콜은 평균 63 % 다공성 샘플을 생산할 예정 적용; 프로토콜 B는 66 % 공극율 샘플들을 생성한다; 프로토콜 C는 70 %의 다공성으로 샘플을 생산하고 프로토콜 D는 76 % 다공성와 샘플을 생산하고 있습니다. 프로토콜에서 몰드의 하단 미세 염화나트륨을 첨가하여B는 C와 D는 챔버의 피난 완벽하지 않은 경우 침투 동안 프리폼에 갇힌 공기를위한 피난처를 만듭니다. 높은 압력이 프리폼을 완전히 함침 보장 도달 할 때까지의 NaCl 존재 훨씬 미세한 알루미늄으로 침투 레지스트 것이다. 이 모든 존재하는 공기가 압축됩니다없이 제거 원치 않는 추가 다공성은 uninfiltrated 지역 대부분의 가능성이 존재할 수 없습니다. 프로토콜 C와 D는 더 낮은 침투 압력이 달성 될 수 있도록 개발되었다. 도 상이한 입자 크기가 사용 된 프리폼 (6)에 표시되는 시료의 경우, 사용되는 프로토콜과 비교했을 때,이 변화가 큰 영향이없는 것을 알 수있다.
몰드의 하부를 통해 프로토콜 C 및 D에서 가스의 흐름을 작은 하부 개스킷을 사용하지 않음으로써 모재에서 갇힌 가스를 고압으로 압축하지 않고 배기 할 수 있음을 의미 할 수있다. 면이는 미세 염화나트륨 후 알루미늄없이 수행 하였다는 밀려하지만이 층은 압력에서 액체의 침투 레지스트 알루미늄으로 알루미늄 탈출을 방지 적용될 수있다.
프로토콜 D에서, 프리폼을 진동에 의해, 높은 다공성 발포체를 얻을 수있다; 대략 9-10% 더 다공성 프로토콜 C. 프리폼의 염화나트륨 입자가 알루미늄에 의해 채워 져야 적은 공간을 떠나 서로 가까이 있기 때문에 이런 일이 발생에 비해. 프로토콜 C.에 세라믹 시트를 추가 할 때 세라믹 시트가 진동 중에 침투 NaCl로 혼합하는 미세 염화나트륨을 방지하기 위해 프로토콜 D에 추가됩니다 유의 한 효과는 최종 제품을 찾을 수 없습니다
기재된 발포체 프로세싱 기술에 대한 주요 한계는 발포체의 기공율이고; 가장 낮은 장비와 여기에 설명 된 프로토콜 지금까지 달성은 약 61 %와 77 %로 가장 가깝습니다. 그러나 그것은에 비해 기술을 사용하여 저렴하고 쉽게입니다이러한 투자 주조, 소결 또는 첨가제 제조와 같은 더 복잡하고 비싼 방법. 또 다른 제한은 사용될 수있다 금속이고; 너무 가깝거나 염화나트륨 융점 (801 ° C) 상기 융점을 갖는 금속이 모재로 침투 할 수 없다. 알루미늄, 마그네슘 및 주석이 기술을 이용하여 처리되었다.
장비 및 알루미늄 발포체의 생산을위한 여러 프로토콜 성공 상세히 제시된다. 이 방법을 사용하여 그것을 (1053 621 ㎏ / m 3의 범위 인 밀도에 대응) 61~77%의 다공도와 범위 1-2.36 mm 직경의 기공 크기를 갖는 알루미늄 연속 기포 포옴을 생성하는 것이 가능하다. 또한,이 조건에서의 변화가 그 중 일부를 사용하여 비교적 작은, 이들 범위는 크게 확장 될 수 있으며, 이러한 기공 형상과 같은 다른 변수는 변경 될 수 있다는 것은 잘 알려져있다. 복제 기술은 나를 위해 연구 실험실 사용에 매우 적합하다탈 거품 생산.
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Acknowledgments
교신 저자는 장학금의 제공을 위해 과학 기술 CONACYT의 멕시코 정부의 국가위원회를 인정하고 싶습니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Salt | Hydrosoft | Granular Salt 25 kg 855754 | http://www.travisperkins.co.uk/p/hydrosoft-granular-salt-25kg/855754/3893446 |
| Aluminum | William Rowland | Aluminum Ingots 99.87% pure 25 kg drum | http://www.william-rowland.com/products/high-purity-metals#product-id-1 |
| Crucible | Morgan Advance Materials | Syncarb Crucible | http://www.morganmms.com/crucibles-foundry-products/crucibles/syncarb/ |
| Furnace | Elite Thermal Systems | TLCF10/27-3216CP & 2116 O/T | http://www.elitefurnaces.com/eng/products/furnaces/1200%20Top%20Loading%20Furnaces.php |
| Bar Mold | The University of Sheffield | Custom Made | Stainless Steel 304, 15 cm height, 5 cm inner diameter, 6 cm outer diameter |
| Band Saw | 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 |
| Sandpaper | Wickes | Specialist wet & dry sandpaper 501885 | http://www.wickes.co.uk/Specialist-Wet+Dry-Sandpaper-PK4/p/501885 |
| Sieves | Fisher Scientific | Fisherbrand test sieves 200 mm diamater | http://www.fisher.co.uk/product/brand_listing.php/F/Fisherbrand/Sieve |
| Balance | Precisa | XB 6200C | http://www.precisa.co.uk/precision_balances.php |
| Boron Nitride | Kennametal | 500 ml spray can | 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 |
| Infiltration Mold, Base and Lid | The University of Sheffield | Custom Made | Stainless Steel 304, 15 cm height, 5.1 cm inner diameter, 6 cm outer diameter |
| Cylindrical Mold | The University of Sheffield | Custom Made | Low carbon steel 1020, 15 cm height, 5 cm inner diameter, 6 cm outer diameter |
| Graphite Gasket | Gee Graphite | Geegraf Stainless Steel Reinforced Graphite 1 mm thick | http://www.geegraphite.com/steel_reinforced.html |
| Mallet | Thor Hammer Co. Ltd. | Round Solid Super Plastic Mallet | http://www.thorhammer.com/Mallets/Round/ |
| Wrench | Kennedy Professional | 13 mm Ratchet Combination Wrench KEN5822166K | https://www.cromwell.co.uk/KEN5822166K |
| Nuts | Matlock | M8 Steel hex full nut galvanized | https://www.cromwell.co.uk/CTL6400068J |
| Washers | Matlock | M8 Form-A steel washer bzp | https://www.cromwell.co.uk/CTL6451208H |
| SS Nuts | Matlock | M8 A2 st/st hex full nut | https://www.cromwell.co.uk/CTL6423008F |
| SS Washers | Matlock | M8 A2 st/st Form-A washer | https://www.cromwell.co.uk/CTL6464008H |
| Stainless Steel Studding | Cromwell | M8 x 1 Mtr A2 Stainless Steel Studding QFT6397080K | https://www.cromwell.co.uk/QFT6397080K |
| Valves | Edwards | C33205000 SP16K, Nitrile Diaphragm | https://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=C33205000 |
| Fitting Cross | Edwards | C10512412 NW16 Cross Piece Aluminum | https://www.edwardsvacuum.com/Products/C10512412/View.aspx |
| Fitting T | Edwards | C10512411 NW16 T-Piece Aluminum | https://www.edwardsvacuum.com/Products/C10512411/View.aspx |
| Vacuum Pump | Edwards | A36310940 E2M18 200-230/380-415V, 3-ph, 50 Hz | http://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=A36310940 |
| Dial Gauge | 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 |
| Stainless Steel Hose | BOC | Stainless Steel Hose | http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/speciality-equipment/hoses-and-pigtails/index.html |
| Regulator | 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 |
| Copper Block | William Rowland | Copper Ingot 25 kg | http://www.william-rowland.com/products/high-purity-metals#product-id-18 |
| Vise | Record | T84-34 H/Duty Eng Vice 4 1/2" Jaws REC5658326K | https://www.cromwell.co.uk/REC5658326K |
| Beaker | Fisher Scientific | 11567402 - Beaker, squat form, with graduations and spout 800 ml | https://webshop.fishersci.com/insight2_uk/getProduct.do;jsessionid=16D5812 D71B8CB37B475E94281E2BEA 5.ukhigjavappp11?productCode=11567402&resultSet Position=0 |
| Stirring Hot Plate | Corning | Corning stirring hot plate Model 6798-420d | http://www.corning.com/lifesciences/us_canada/en/technical_resources/product_guid/shp/shp.aspx |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Stir Bar | Fisher Scientific | 11848862 - PTFE Stir bar + Ring 25x6 mm | https://webshop.fishersci.com/insight2_uk/getProduct.do;jsessionid=16D5812 D71B8CB37B475E94281E2BEA 5.ukhigjavappp11?productCode=11848862&resultSet Position=0 |
| Air dryer | 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 |
| Ceramic Sheet | Morgan Advance Materials | Kaowool Blanket 2 mm thick | http://www.morganthermalceramics.com/downloads/datasheets?f[0]=field_type%3A84 |
| Vibrating Table | Peveril Machinery | Pevco Vibrating Table 1.25 m x 0.625 m x 0.6 m | https://peverilmachinery.co.uk/equipment/vibrating-tables |
References
- Banhart, J. Manufacture, characterisation and application of cellular metals and metal foams. Progress in Materials Science. 46, 559-632 (2000).
- Conde, Y., Despois, J. -F., Goodall, R., Marmottant, A., Salvo, L., San Marchi, C., Mortensen, A. Replication processing of highly porous materials. Advanced Engineering Materials. 8 (9), 795-803 (2006).
- Goodall, R., Mortensen, A. Chapter 24. Porous Metals. Physical Metallurgy. Laughlin, D. E., Hono, K. , 5th Ed, 2399-2595 (2014).
- Polonsky, L., Lipson, S., Markus, H. Lightweight Cellular Metal. Modern Castings. 39, 57-71 (1961).
- San Marchi, C., Mortensen, A. Chapter 2.06. Infiltration and the Replication Process for Producing Metal Sponges. Handbook of Cellular Metals. Degischer, H. P., Kriszt, B. , Wiley-VCH. 44-56 (2002).
- Galliard, C., Despois, J. F., Mortensen, A. Processing of NaCl powders of controlled size and shape for the microstructural tailoring of aluminium foams. Materials Science and Engineering A. 374 (1-2), 250-262 (2004).
- Despois, J. F., Mortensen, A. Permeability of open-pore microcellular materials. Acta Materialia. 53 (5), 1381-1388 (2005).
- Goodall, R., Despois, J. F., Marmottant, A., Salvo, L., Mortensen, A. The effect of preform processing on replicated aluminium foam structure and mechanical properties. Scripta Materialia. 54, 2069-2073 (2006).
- Goodall, R., Marmottant, A., Salvo, L., Mortensen, A. Spherical pore replicated microcellular aluminium: Processing and influence on properties. Materials Science and Engineering A. 465 (1-2), 124-135 (2007).
- Despois, J. F., Marmottant, A., Salvo, L., Mortensen, A. Influence of the infiltration pressure on the structure and properties of replicated aluminium foams. Materials Science and Engineering A. 462, 68-75 (2007).
- San Marchi,, Despois, C., F, J., Mortensen, A. Uniaxial deformation of open-cell aluminium foam: the role of internal damage. Acta Materialia. 52 (10), 2895-2902 (2004).
- Goodall, R., Weber, L., Mortensen, A. The electrical conductivity of microcellular metals. Journal of Applied Physics. 100, 044912 (2006).
- Kadar, C., Chmelik, F., Kendvai, J., Voros, G., Rajkovits, Z. Acoustic emission of metal foams during tension. Materials Science and Engineering A. 462, 316-319 (2007).
- Goodall, R., Mortensen, A. Microcellular aluminium. Child’s Play! Advanced Engineering Materials. 9 (11), 951-954 (2007).
- Wada, T., Inoue, A. Fabrication, Thermal Stability and Mechanical Properties of Porous Bulk Glassy Pd-Cu-Ni-P Alloy. Materials Transactions. 44 (10), 2228-2231 (2003).
- DeFouw, J. D., Dunand, D. C. Processing and compressive creep of cast replicated IN792 Ni-base superalloy foams. Materials Science & Engineering A. 558, 129-133 (2012).
- Berchem, K., Mohr, U., Bleck, W. Controlling the Degree of Pore Opening of Metal Sponges, Prepared by the Infiltration Preparation Method. Materials Science and Engineering A. 323 (1-2), 52-57 (2002).
- Lu, T. J., Ong, J. M. Characterization of closed-celled cellular aluminum alloys. J. Mater. Sci. 36, 2773-2786 (2001).
- Chou, K. S., Song, M. A. A Novel Method for Making Open-cell Aluminum Foams with Soft Ceramic Balls. Scripta Materialia. 46 (5), 379-382 (2002).
- Dairon, J., Gaillard, Y., Tissier, J. C., Balloy, D., Degallaix, G. Parts Containing Open-Celled Metal Foam Manufactured by the Foundry Route: Processes, Performances and Applications. Advanced Engineering Materials. 13 (11), 1066-1071 (2011).
- LeMay, J. D., Hopper, R. W., Hrubesh, L. W., Pekala, R. W. Low-Density Microcellular Materials. Materials Research Society Bulletin. 15 (12), 19-20 (1990).
- Seliger, H., Deuther, U. Die Herstellung von Schaum- und Zellaluminium. Feiburger Forschungshefte. , 103-129 (1965).
- Kuchek, H. A. Method of Making Porous Metallic Article. US patent. , 3,236,706 (1966).
- Han, F., Cheng, H., Wang, J., Wang, Q. Effect of pore combination on the mechanical properties of an open cell aluminum foam. Scripta Materialia. 50 (1), 13-17 (2004).
- Cao, X. -q, Wang, Z. -h, Ma, H. -w, Zhao, L. -m, Yang, G. -t Effects of cell size on compressive properties of aluminum foam. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 16, 351-356 (2006).
- Abdulla, T., Yerokhin, A., Goodall, R. Effect of plasma electrolytic oxidation coating on the specific strength of open-cell aluminium foams. Materials & Design. 32, 3742-3749 (2011).
- San Marchi, C., Mortensen, A. Fabrication and Comprehensive Response of Open-cell Aluminum Foams with Sub-millimeter Pores. Euromat99. Clyne, T. W., Simancik, F. 5, DGM/Wiley-VCH. Munich, Germany. 34 (1999).
- San Marchi, C., Mortensen, A. Deformation of open-cell aluminium foam. Acta Materialia. 49 (19), 3959-3969 (2001).
- Goodall, R., Despois, J. F., Mortensen, A. Sintering of NaCl powder: Mechanisms and first stage kinetics. Journal of the European Ceramic Society. 26 (16), 3487-3497 (2006).
- Despois, J. F., Conde, Y., San Marchi, C., Mortensen, A. Tensile Behaviour of Replicated Aluminium Foams. Advanced Engineering Materials. 6 (6), 444-447 (2004).
- Zhao, Y. Y. Stochastic Modelling of Removability of NaCl in Sintering and Dissolution Process to Produce Al Foams. Journal of Porous Materials. 10 (2), 105-111 (2003).
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물리 94 판 발포 금속 염화나트륨 기공률 알루미늄 침윤 침출Erratum
Formal Correction: Erratum: Casting Protocols for the Production of Open Cell Aluminum Foams by the Replication Technique and the Effect on Porosity
Posted by JoVE Editors on 08/03/2015.
Citeable Link.
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:
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