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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(jù)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(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足進展，開發(fā)出了一些有工業(yè)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(yè)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(tǒng)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(yōu)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(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(qū)，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(qū)，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(yōu)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(yōu)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(jīng)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(shù)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(yè)等領域。合作方式及條件：合作開發(fā) 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(jù)市場調查公司(富士經(jīng)濟)的調查，納米技術最先實現(xiàn)商業(yè)化的就是材料領域。納米材料的世界市場規(guī)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(qū)域的一種典型系統(tǒng)，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(wěn)定性好等優(yōu)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(yōu)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(yè)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(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(jīng)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(fā)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(yōu)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(yōu)點并解決了現(xiàn)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(yè)化。該新技術為一步合成方法,吸收和繼承了液相法的優(yōu)點并解決了現(xiàn)有合成方法中存在的如下問題： 1）解決了固相法中產物粒度不易控制、批次間分布不均勻，產品粒徑大、形貌不規(guī)則的問題，通過改變工藝條件，可以調節(jié)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(xù)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(huán)，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(yè)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?zhí)? 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?zhí)? 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(yè)的合作，進一步研究開發(fā)，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(jīng)中試后，便可進行試生產和生產。應用前景分析及經(jīng)濟效益預測：本技術采用的液相合成新方法優(yōu)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(huán)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(guī)模） 1.原料，具體如下： ①鎳鹽：可以選用工業(yè)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(huán)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(guī)模：根據(jù)投資確定，如本年產總量 500 噸，項目開發(fā)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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