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新型功能材料泡沫鋁的制備及性能研究

成果與項目的背景及主要用途：泡沫鋁材是一種新型的功能材料，一般孔隙率在 45％～98％之間，根據孔隙特點分為開孔與閉孔兩種，各國學者早在 40 年代后期就對泡沫金屬材料有所研究，但由于發泡工藝與孔的尺寸很難控制，一直未得到發展，直到 80 年代中期以后才取得長足進展，開發出了一些有工業價值的生產工藝。目前，日本與德國在研究、生產與應用泡沫鋁材與其他金屬泡沫方面居世界領先地位。我國對泡沫鋁材的研究始于 80 年代后期，并取得了一系列的研究成果，但尚未取得突破性的成就，仍處于起步階段。目前，泡沫鋁的應用主要有：防火和吸音板、沖擊能量吸收材料、建筑板、半導體氣體擴散盤、熱交換器、電磁屏蔽物等方面。還應用于冶金、化工、航空航天、船舶、電子、汽車制造和建筑業等領域，應用范圍還在不斷擴大。技術原理與工藝流程簡介：本課題采取的是傳統的粉末冶金工藝，把鋁粉和造孔劑混合后，壓制成預制件，在熱水中將造孔劑溶解掉，然后在真空爐中對預制件進行真空燒結，就得到了開孔泡沫鋁。本試驗方法具有以下優點： 1.采用的粉末冶金法可以制備復雜形狀的試樣，工藝簡單容易實現。 2.通過改變工藝參數可以十分容易地控制孔隙率、孔形狀及孔的大小。這一點是其它方法難以做到的。 3.采用的造孔劑為尿素、碳酸氫銨，成本低、形狀可控且容易去除。技術水平及專利與獲獎情況： 1. B. Jiang, N.Q. Zhao, C.S. Shi, J.J. Li. Processing of open cell aluminum foams with tailored porous morphology. Scripta Mater 53(2005)781-785.(JCR 工程技術二區，2004 年影響因子 2.112,檢索號：952BD.同時被 Ei 檢索，檢索號：05289206237) 2. B. Jiang, N.Q. Zhao, C.S. Shi, X.W. Du, J.J Li, H.C.Man. A novel method for making open cell aluminum foams by powder sintering process. Mater lett 59(2005)3333-3336. (JCR 工程技術三區，2004 年影響因子 1.186) 113天津大學科技成果選編 3. 姜斌，趙乃勤. 泡沫鋁的制備方法及應用進展.金屬熱處理. 30(2005)36-40. （Ei 檢索，檢索號：05279197817）應用前景分析及效益預測：泡沫鋁以其獨特的結構而具有許多優異的性能，它不僅具有多孔材料所具有的輕質特性，還具有金屬所具有的優良的力學性能和熱、電等物理性能，如滲透、阻尼、能量吸收、高比表面積、電磁屏蔽等性能。目前，泡沫鋁材已經廣泛應用于防火裝飾材料、沖擊能量吸收材料、熱交換器等。由粉末冶金法制備的泡沫鋁工藝簡單，成本低廉，可以制備復雜形狀的試樣。并且通過改變工藝參數可以容易地控制孔隙率、孔形狀及孔的大小，這一點是其它方法難以做到的。所以本方法有推廣應用價值。應用領域：泡沫鋁的應用主要有：防火和吸音板、沖擊能量吸收材料、建筑板、半導體擴散器盤、熱交換器、電磁屏蔽物等方面。還可廣泛應用于冶金、化工、航空航天、船舶、電子、汽車制造和建筑業等領域。合作方式及條件：合作開發 7、高附加值尖晶石結構鐵酸鎳/鐵酸鎂/鐵酸鋅納米粉的制備方法成果（項目）背景、簡介及應用領域：據市場調查公司(富士經濟)的調查，納米技術最先實現商業化的就是材料領域。納米材料的世界市場規模到 2015 年預計可達 15000 億美元，其中電子學領域最高可達 8000 億美元；生物技術領域最高可達 3000 億美元。納米材料(又稱超細微粒、超細粉末)是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區域的一種典型系統，其結構既不同于體塊材料，也不同于單個的原子。其特殊的結構層次使它具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應等，擁有一系列新穎的物理和化學特性，在眾多領域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應用價值。尖晶石結構的納米NiFe2O4作為一種陶瓷材料具有耐高溫，高硬度，高強度， 114天津大學科技成果選編熱穩定性好等優點。NiFe2O4 是一種常用的軟磁材料，可用作磁頭材料、矩磁材料和微波吸收材料，同時也是制備性能優良的磁電轉換復合材料所選用的磁致伸縮材料，在電子工業上具有極廣闊的應用前景。NiFe2O4 還是好的氣敏傳感材料，還可以作為鋰電池的負極材料。本技術是一種新穎的納米化合物的制備方法，該法用水和熱能替代傳統的草酸鹽、碳酸鹽等，與傳統共沉淀法制備超微粉相比，由于直接利用了萃取過程中的物料，降低了粉末的生產成本，并得到了更高純度的產品，減少了化工原料的消耗和廢水的排放，是制備高品質超細金屬氧化物材料經濟便捷的綠色化學工藝。因此，這種結合溶劑萃取制備高級無機材料的新過程是極有發展前途的新方法。這個過程容易將沉淀粒子的大小控制在納米范圍內，從而克服了直接水解法難以控制氧化物粒度的弊端。成果（項目）技術特點（技術優勢及主要指標）：本項目采用先進的新方法，合成一些售價在 500~2000 元/公斤的高附加值的納米材料，該新技術吸收和繼承了液相法的優點并解決了現有合成方法中存在的一些不足。本技術采用低成本的原料，降低了能耗，且容易產業化。該新技術為一步合成方法,吸收和繼承了液相法的優點并解決了現有合成方法中存在的如下問題： 1）解決了固相法中產物粒度不易控制、批次間分布不均勻，產品粒徑大、形貌不規則的問題，通過改變工藝條件，可以調節產品的形貌、粒度大小和性能。 2）本技術為一步合成法，反應在短時間內就能完成，且省去了濕化學法后續工藝的高溫煅燒和球磨過程，能直接合成納米級或微米級的粉體。 3）通過使用有機萃取劑對亞鐵離子的萃取提高了產品的純度，通過萃取劑的循環，降低了生產成本、減少了化工產品的消耗和排放，屬潔凈工藝。 4）容易實施對產品的改性。 5）原料來源廣泛、制備工藝簡單、流程短、耗能低、工藝條件容易掌握、易于工業化生產。技術水平及專利與獲獎情況： 1) 申請了國家專利，并獲授權：尖晶石結構鐵酸鎳納米粉的制備方法， 115天津大學科技成果選編申請號: CN200710057617.7，授權號: CN100506749，授權日: 2009.07.01 尖晶石結構鐵酸鎂納米粒子的合成方法，申請號: CN200710057615.8，授權號: CN101070192B，授權日: 2010.10.13 2) 該技術在實驗室已取得決定性突破。通過與企業的合作，進一步研究開發，可望達到或超過國際同類產品的水平。 3) 該產品已完成放大實驗，經中試后，便可進行試生產和生產。應用前景分析及經濟效益預測：本技術采用的液相合成新方法優勢明顯，如反應時間短，后處理簡單等。而且樣品為納米級，粒徑也較均勻，這對產品的性能有很大影響。此外，有機體系中還可以直接用純水做反應物，無廢堿排放，有機萃取劑也可以循環使用，屬于綠色工藝，具有重要的實際應用價值。本技術的原料成本低于其它方法，設備投資小：主要設備是低壓反應釜，反應在中性的介質中和低于 150OC 的溫度下進行，因而對設備的耐腐蝕性要求不高，與目前的固相法相比設備的投資小。本項目按照年生產能力 100 噸、原料成本 5 萬元/噸、產品銷售價 20 萬元/ 噸計算，毛利收入 1500 萬元。技術轉化條件：（包括：原料、設備、廠房面積的要求及投資規模） 1.原料，具體如下： ①鎳鹽：可以選用工業級的硫酸鎳、氯化鎳等，通過溶劑萃取提純 Ni2+。 ②少量氨水和萃取劑(循環使用)。 2.主要設備：低壓反應釜、過濾機、干燥箱、粉碎機。 3.生產用房高 4 米，其它為普通房。 4.投資規模：根據投資確定，如本年產總量 500 噸，項目開發總投資約為 2000 萬元，利稅可達到 3000-4000 萬。合作方式及條件：面議。

天津大學 2021-04-11

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