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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(xiàng)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(jù)孔隙特點(diǎn)分為開孔與閉孔兩種，各國(guó)學(xué)者早在 40 年代后期就對(duì)泡沫金屬材料有所研究，但由于發(fā)泡工藝與孔的尺寸很難控制，一直未得到發(fā)展，直到 80 年代中期以后才取得長(zhǎng)足進(jìn)展，開發(fā)出了一些有工業(yè)價(jià)值的生產(chǎn)工藝。目前，日本與德國(guó)在研究、生產(chǎn)與應(yīng)用泡沫鋁材與其他金屬泡沫方面居世界領(lǐng)先地位。我國(guó)對(duì)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(yīng)用主要有：防火和吸音板、沖擊能量吸收材料、建筑板、半導(dǎo)體氣體擴(kuò)散盤、熱交換器、電磁屏蔽物等方面。還應(yīng)用于冶金、化工、航空航天、船舶、電子、汽車制造和建筑業(yè)等領(lǐng)域，應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大。技術(shù)原理與工藝流程簡(jiǎn)介：本課題采取的是傳統(tǒng)的粉末冶金工藝，把鋁粉和造孔劑混合后，壓制成預(yù)制件，在熱水中將造孔劑溶解掉，然后在真空爐中對(duì)預(yù)制件進(jìn)行真空燒結(jié)，就得到了開孔泡沫鋁。本試驗(yàn)方法具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.采用的粉末冶金法可以制備復(fù)雜形狀的試樣，工藝簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)。 2.通過改變工藝參數(shù)可以十分容易地控制孔隙率、孔形狀及孔的大小。這一點(diǎn)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(shù)水平及專利與獲獎(jiǎng)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(shù) 二區(qū)，2004 年影響因子 2.112,檢索號(hào)：952BD.同時(shí)被 Ei 檢索，檢索號(hào)：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(shù) 三區(qū)，2004 年影響因子 1.186) 113天津大學(xué)科技成果選編 3. 姜斌，趙乃勤. 泡沫鋁的制備方法及應(yīng)用進(jìn)展.金屬熱處理. 30(2005)36-40. （Ei 檢索，檢索號(hào)：05279197817）應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測(cè)：泡沫鋁以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而具有許多優(yōu)異的性能，它不僅具有多孔材料所具有的輕質(zhì)特性，還具有金屬所具有的優(yōu)良的力學(xué)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(jīng)廣泛應(yīng)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(jiǎn)單，成本低廉，可以制備復(fù)雜形狀的試樣。并且通過改變工藝參數(shù)可以容易地控制孔隙率、孔形狀及孔的大小，這一點(diǎn)是其它方法難以做到的。所以本方法有推廣應(yīng)用價(jià)值。應(yīng)用領(lǐng)域：泡沫鋁的應(yīng)用主要有：防火和吸音板、沖擊能量吸收材料、建筑板、半導(dǎo)體擴(kuò)散器盤、熱交換器、電磁屏蔽物等方面。還可廣泛應(yīng)用于冶金、化工、航空航天、船舶、電子、汽車制造和建筑業(yè)等領(lǐng)域。合作方式及條件：合作開發(fā) 7、高附加值尖晶石結(jié)構(gòu)鐵酸鎳/鐵酸鎂/鐵酸鋅納米粉的制備方法成果（項(xiàng)目）背景、簡(jiǎn)介及應(yīng)用領(lǐng)域：據(jù)市場(chǎng)調(diào)查公司(富士經(jīng)濟(jì))的調(diào)查，納米技術(shù)最先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的就是材料領(lǐng) 域。納米材料的世界市場(chǎng)規(guī)模到 2015 年預(yù)計(jì)可達(dá) 15000 億美元，其中電子學(xué)領(lǐng) 域最高可達(dá) 8000 億美元；生物技術(shù)領(lǐng)域最高可達(dá) 3000 億美元。納米材料(又稱超細(xì)微粒、超細(xì)粉末)是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區(qū)域的一種典型系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)既不同于體塊材料，也不同于單個(gè)的原子。其特殊的結(jié) 構(gòu)層次使它具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等，擁有一系列新穎的物理和化學(xué)特性，在眾多領(lǐng)域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應(yīng)用價(jià)值。尖晶石結(jié)構(gòu)的納米NiFe2O4作為一種陶瓷材料具有耐高溫，高硬度，高強(qiáng)度， 114天津大學(xué)科技成果選編熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。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(shí)也是制備性能優(yōu)良的磁電轉(zhuǎn)換復(fù)合材料所選用的磁致伸縮材料，在電子工業(yè)上具有極廣闊的應(yīng)用前景。NiFe2O4 還是好的氣敏傳感材料，還可以作為鋰電池的負(fù)極材料。本技術(shù)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(tǒng)的草酸鹽、碳酸鹽等，與傳統(tǒng)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(chǎn)成本，并得到了更高純度的產(chǎn)品，減少了化工原料的消耗和廢水的排放，是制備高品質(zhì)超細(xì)金屬氧化物材料經(jīng)濟(jì)便捷的綠色化學(xué)工藝。因此，這種結(jié)合溶劑萃取制備高級(jí)無機(jī)材料的新過程是極有發(fā)展前途的新方法。這個(gè)過程容易將沉淀粒子的大小控制在納米范圍內(nèi)，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(xiàng)目）技術(shù)特點(diǎn)（技術(shù)優(yōu)勢(shì)及主要指標(biāo)）：本項(xiàng)目采用先進(jìn)的新方法，合成一些售價(jià)在 500~2000 元/公斤的高附加值的納米材料，該新技術(shù)吸收和繼承了液相法的優(yōu)點(diǎn)并解決了現(xiàn)有合成方法中存在的一些不足。本技術(shù)采用低成本的原料，降低了能耗，且容易產(chǎn)業(yè)化。該新技術(shù)為一步合成方法,吸收和繼承了液相法的優(yōu)點(diǎn)并解決了現(xiàn)有合成方法中存在的如下問題： 1）解決了固相法中產(chǎn)物粒度不易控制、批次間分布不均勻，產(chǎn)品粒徑大、形貌不規(guī)則的問題，通過改變工藝條件，可以調(diào)節(jié)產(chǎn)品的形貌、粒度大小和性能。 2）本技術(shù)為一步合成法，反應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)就能完成，且省去了濕化學(xué)法后續(xù)工藝的高溫煅燒和球磨過程，能直接合成納米級(jí)或微米級(jí)的粉體。 3）通過使用有機(jī)萃取劑對(duì)亞鐵離子的萃取提高了產(chǎn)品的純度，通過萃取劑的循環(huán)，降低了生產(chǎn)成本、減少了化工產(chǎn)品的消耗和排放，屬潔凈工藝。 4）容易實(shí)施對(duì)產(chǎn)品的改性。 5）原料來源廣泛、制備工藝簡(jiǎn)單、流程短、耗能低、工藝條件容易掌握、易于工業(yè)化生產(chǎn)。技術(shù)水平及專利與獲獎(jiǎng)情況： 1) 申請(qǐng)了國(guó)家專利，并獲授權(quán)：尖晶石結(jié)構(gòu)鐵酸鎳納米粉的制備方法， 115天津大學(xué)科技成果選編申請(qǐng)?zhí)? CN200710057617.7，授權(quán)號(hào): CN100506749，授權(quán)日: 2009.07.01 尖晶石結(jié)構(gòu)鐵酸鎂納米粒子的合成方法，申請(qǐng)?zhí)? CN200710057615.8，授權(quán)號(hào): CN101070192B，授權(quán)日: 2010.10.13 2) 該技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室已取得決定性突破。通過與企業(yè)的合作，進(jìn)一步研究開發(fā)，可望達(dá)到或超過國(guó)際同類產(chǎn)品的水平。 3) 該產(chǎn)品已完成放大實(shí)驗(yàn)，經(jīng)中試后，便可進(jìn)行試生產(chǎn)和生產(chǎn)。應(yīng)用前景分析及經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：本技術(shù)采用的液相合成新方法優(yōu)勢(shì)明顯，如反應(yīng)時(shí)間短，后處理簡(jiǎn)單等。而且樣品為納米級(jí)，粒徑也較均勻，這對(duì)產(chǎn)品的性能有很大影響。此外，有機(jī)體系中還可以直接用純水做反應(yīng)物，無廢堿排放，有機(jī)萃取劑也可以循環(huán)使用，屬于綠色工藝，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本技術(shù)的原料成本低于其它方法，設(shè)備投資小：主要設(shè)備是低壓反應(yīng)釜，反應(yīng)在中性的介質(zhì)中和低于 150OC 的溫度下進(jìn)行，因而對(duì)設(shè)備的耐腐蝕性要求不高，與目前的固相法相比設(shè)備的投資小。本項(xiàng)目按照年生產(chǎn)能力 100 噸、原料成本 5 萬元/噸、產(chǎn)品銷售價(jià) 20 萬元/ 噸計(jì)算，毛利收入 1500 萬元。技術(shù)轉(zhuǎn)化條件：（包括：原料、設(shè)備、廠房面積的要求及投資規(guī)模） 1.原料，具體如下： ①鎳鹽：可以選用工業(yè)級(jí)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(huán)使用)。 2.主要設(shè)備：低壓反應(yīng)釜、過濾機(jī)、干燥箱、粉碎機(jī)。 3.生產(chǎn)用房高 4 米，其它為普通房。 4.投資規(guī)模：根據(jù)投資確定，如本年產(chǎn)總量 500 噸，項(xiàng)目開發(fā)總投資約為 2000 萬元，利稅可達(dá)到 3000-4000 萬。合作方式及條件：面議。

天津大學(xué) 2021-04-11

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