超輕開孔泡沫鋁及其在航天領域的應用

韓福生

（中國科學院 合肥物質科學研究院，合肥 230031）

0 引言

超輕開孔泡沫鋁是一種以純鋁或鋁合金為基體的高孔隙率多孔材料，其孔隙率一般大于90%（表觀密度≤0.27 g/cm3），孔徑為 0.6～5.0 mm（8～30 ppi）[ppi，即pores per inch，是多孔材料孔徑的一種表示方法，指單位長度（英寸）上開孔的數量]，孔壁呈桿狀。由于鋁基體所具備的優良綜合性能及其與高孔隙率宏觀孔形成的耦合作用，使之具有突出的比強度、比剛度、吸能性，以及高比表面積和高換熱效率等性能，有望成為航空航天、國防、能源與環境等工業領域重要的結構和功能材料之一。

本文對超輕開孔泡沫鋁結構、性能特點及其研究進展進行了簡要介紹，希望藉此為航天器的設計提供參考，為未來航天工程目標的實現提供材料技術支持。

1 超輕開孔泡沫鋁的結構與性能特點

1.1 結構特點

目前研究和應用最為普遍的超輕開孔泡沫鋁是以聚合物泡沫為模板、通過熔模鑄造工藝制備出來的[1]，因此，其孔結構與開孔型聚合物泡沫基本一致，是由絲網狀孔壁構成的三維開放式結構，如圖 1所示。超輕開孔泡沫鋁的孔隙率以其表觀密度與致密鋁的理論密度之比來表征，而孔徑則通常以ppi表示。

圖1 超輕開孔泡沫鋁的典型結構特征（孔徑20 ppi）Fig. 1 Typical structure of ultra-light open celled Al foam(pore diameter: 20 ppi)

如前所述，超輕開孔泡沫鋁的孔隙率一般為90%～95%，孔徑一般為8～30 ppi。需要指出的是，一般情況下，這種開孔泡沫鋁的孔隙率和孔徑是彼此關聯的；改變孔徑的同時，孔隙率也隨之改變。例如，孔徑減小，則孔隙率下降，反之亦然。……