專利名稱：：使用碳酸鹽生產(chǎn)泡沫鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本申請(qǐng)大體涉及可發(fā)泡金屬，且更具體涉及用于形成金屬泡沫產(chǎn)品的方法，其中反應(yīng)顆粒在金屬熔體中分解以產(chǎn)生泡沫穩(wěn)定副產(chǎn)物和適于使金屬泡沫化的氣體。
背景技術(shù)：
：低密度多孔產(chǎn)品提供了獨(dú)特的機(jī)械和物理性能。在聚合物類型的基體中產(chǎn)生的泡沫產(chǎn)品的高比強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)剛性和絕緣性能是眾所周知的。這樣的封閉孔胞(cell)聚合物泡沫被廣泛用于寬廣范圍的應(yīng)用中，包括建筑、包裝和運(yùn)輸。盡管聚合物型泡沫已經(jīng)獲得廣泛的市場(chǎng)成功，但泡沫金屬產(chǎn)品僅具有有限的應(yīng)用。對(duì)于許多輕重量的應(yīng)用，封閉孔胞的金屬泡沫提供了聚合物泡沫的許多吸引人的屬性。此外，與聚合物相比，金屬固有較高的體積模量提供了較高的比剛度。這種較高的體積模量使得金屬泡沫成為一種用于疊層板中的芯部材料的吸引人的候選材料，在該疊層板的芯部材料中剛度和抗彎性是重要的性能量度。此外，由泡沫金屬生產(chǎn)的板材耐火并耐煙，并且非常適合于建筑應(yīng)用。鋁泡沫芯部夾層復(fù)合產(chǎn)品提供了另外的環(huán)境益處可重復(fù)利用；這曾經(jīng)是限制金屬包覆聚合物泡沫應(yīng)用的問(wèn)題。盡管在科學(xué)和專利文獻(xiàn)中已經(jīng)描述了生產(chǎn)泡沫金屬的方法，但這些材料存在諸如高成本、大的孔胞尺寸、孔胞尺寸可變和結(jié)構(gòu)完整性不足的問(wèn)題。許多這些問(wèn)題與熔融金屬的流變性有關(guān)。在基本上所有的生產(chǎn)金屬泡沫的鑄造冶金方法中，在金屬熔體中都需要一些穩(wěn)定作用。泡沫是亞穩(wěn)定的，因此不但易于孔胞合并而且易于孔胞壁脫液(drainage)。通常，為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)金屬泡沫所需的穩(wěn)定作用，向熔體中引入例如陶瓷顆粒的微粒。這些微?？赏ㄟ^(guò)增加熔體的有效粘度和/或降低液體的有效表面張力，有效地改變?nèi)垠w的性質(zhì)。與所需的泡沫孔胞壁厚度相比，這些微粒必須小。通常使用內(nèi)部或外部方法，向熔體中引入小的微粒，其中每一種方法都具有限制它們效用的缺點(diǎn)。在內(nèi)部顆粒形成中，通過(guò)渦流機(jī)械攪拌器和/或穿過(guò)熔體的氣體鼓泡(直接氣體注入)，將氣體攪拌到熔融金屬中。氣體與熔體反應(yīng)形成包括氧化物、尖晶石和/或其它獨(dú)特顆粒的小顆粒。控制形成的顆粒的尺寸、幾何形狀和體積分?jǐn)?shù)來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定、可發(fā)泡的基體是特別困難的。形成的顆粒的尺寸受注入或攜帶的氣泡尺寸影響。在液體金屬中產(chǎn)生小氣泡是出名的困難。此外，熔體溫度、在熔融溫度下的時(shí)間、氣體組成、攪拌速率和熔體組成均影響顆粒的比率、量和性質(zhì)以及它們的分布。此外，在鋁熔體中，通常需要添加高活性的堿金屬以促進(jìn)這些氧化反應(yīng)。在提供泡沫金屬中，直接氣體注入和/或攪拌的一個(gè)缺點(diǎn)是產(chǎn)生穩(wěn)定的可發(fā)泡基體所需的時(shí)間。即使對(duì)于少量熔融金屬通常也需要大約20分鐘至幾小時(shí)的時(shí)間范圍，而較大量的熔融金屬通常需要更長(zhǎng)時(shí)間以獲得產(chǎn)生穩(wěn)定金屬泡沫所需的流變學(xué)性能。外部顆粒添加作為一種使發(fā)泡金屬穩(wěn)定的方法，也存在許多限制其效用的缺點(diǎn)。在外部顆粒添加中，將小的惰性顆粒直接加入并混合到熔體中。外部顆粒添加的一個(gè)缺點(diǎn)是外部添加的微粒必須被潤(rùn)濕從而它們可以在熔體中保持懸浮。為了潤(rùn)濕外部添加的顆粒，現(xiàn)有方法是利用特殊的熔體合金化和/或顆粒涂層；熔化合金濃度和/或微粒添加的順序；對(duì)顆粒品質(zhì)/表面組成的嚴(yán)格要求；和復(fù)雜的設(shè)備以便通過(guò)在真空或惰性環(huán)境中施加高剪切力來(lái)控制和促進(jìn)微粒與熔融金屬之間的潤(rùn)濕過(guò)程。這些技術(shù)難題轉(zhuǎn)化成特殊的(exotic)處理設(shè)備以及對(duì)所用外來(lái)顆粒的尺寸和純度的限制。這些障礙已經(jīng)阻礙了通過(guò)外部穩(wěn)定的熔體制備的金屬泡沫的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。RidgewayJr.的美國(guó)專利3，297，431("RidgewayJr.")要求使用穩(wěn)定劑粉末來(lái)在冷卻時(shí)維持和保持鋁泡沫的孔胞結(jié)構(gòu)。如RidgewayJr.專利中描述的，這些穩(wěn)定顆粒是細(xì)分的惰性粉末，被熔融金屬潤(rùn)濕并且在熔融金屬中是穩(wěn)定的。在Jin等人的美國(guó)專利5，112，697("Jin等人")中也描述了穩(wěn)定劑顆粒的使用，其中Jin等人規(guī)定了對(duì)這些"細(xì)分的穩(wěn)定劑顆粒，，的尺寸和體積分?jǐn)?shù)的精確限制。此外，(分別屬于Crowley等人和Bryant等人的)美國(guó)專利申請(qǐng)公布2004/0163492A1和2004/0079198A1公開(kāi)了在使鋁發(fā)泡中，在這些粘度控制劑上使用表面涂層。所有這些公開(kāi)文獻(xiàn)均具有它們自身的缺點(diǎn)。由于上述的阻礙和缺點(diǎn)，需要提供具有更大商業(yè)吸引力的金屬泡沫生產(chǎn)方法。發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種經(jīng)濟(jì)的金屬發(fā)泡方法，該方法使用最少的前體，最小數(shù)目的處理步驟，并且可在適于鋁加工的溫度和壓力下操作。概括的，本發(fā)明提供了一種制造泡沫鋁的方法，包括步驟提供在大氣壓力下具有約350-約850X:分解溫度的產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒；將產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒與包含鋁的熔融金屬合金結(jié)合；攪拌包含所述產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的熔融金屬合金以便使產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的第一部分分解為反應(yīng)氣體，并保持產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的第二部分為未反應(yīng)狀態(tài)，其中反應(yīng)氣體與熔融金屬合金劇烈結(jié)合產(chǎn)生金屬氧化物相和氣泡的懸浮體，而處于未反應(yīng)狀態(tài)的產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的第二部分在孕育(inoculated)的可發(fā)泡熔體中作為化學(xué)發(fā)泡劑；使孕育的可發(fā)泡熔體發(fā)泡以便產(chǎn)生液體金屬泡沫；和固化該液體金屬泡沫以便產(chǎn)生泡沫鋁產(chǎn)品。包含鋁的熔融金屬合金可以是商用等級(jí)純度的鋁；廢鋁；含有硅和鎂的鋁；以及它們的混合物。在一些實(shí)施方案中，鎂可以以約0.5-約8重量％的范圍存在于熔融金屬合金的溶體中。產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆?？蛇x自碳酸4丐、碳酸鎂、碳酸鎂鉀(白云石)或它們的混合物。碳酸鉤作為產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒和/或作為發(fā)泡劑是特別有效的。在本方法中，使用碳酸鈣，該碳酸鹽在熔融金屬中分解并形成CaO固體和反應(yīng)氣體C02。在劇烈攪拌的條件下，在熔融金屬中形成的氣泡破裂和分裂，向熔融金屬釋放出更多的反應(yīng)氣體。這種氣體與熔融鋁劇烈反應(yīng)形成CO氣體并原位形成A1203。CO和0)2氣泡以及A1203、CaO和其它金屬氧化物相可通過(guò)調(diào)節(jié)熔融金屬的粘度和表面能，穩(wěn)定液體金屬懸浮體。術(shù)語(yǔ)"劇烈的，，表示反應(yīng)的放熱性質(zhì)以及可燃?xì)怏w的產(chǎn)生。在鋁合金熔體中，也可能形成其它金屬氧化物作為反應(yīng)氣體分解的副產(chǎn)物。例如在Al-Mg合金中，反應(yīng)氣體C02分解形成C0和金屬氧化物MgO和人1203及多種混合金屬氧化物。其它常規(guī)鋁合金化元素在攪拌的熔體中形成類似的細(xì)微分散的金屬氧化物。與Al203和CaO相似，MgO是金屬氧化物相的一個(gè)例子，當(dāng)其與小氣泡一同被引入熔融金屬中時(shí)，調(diào)節(jié)熔融金屬的粘度和表面能以產(chǎn)生可發(fā)泡的液體金屬懸浮體。將術(shù)語(yǔ)"可發(fā)泡的，，定義為具有穩(wěn)定液體泡沫的能力，從而能夠抵抗合并與脫液。合并是接觸的兩個(gè)氣泡間邊界的消失，導(dǎo)致液體泡沫結(jié)構(gòu)的粗化。脫液是由于重力液體泡沫中增加的密度梯度，導(dǎo)致液體泡沫中結(jié)構(gòu)均勻性的喪失。由產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的分解非常迅速地產(chǎn)生細(xì)氣泡和混合金屬氧化物相，并且在最佳條件下在2-8分鐘內(nèi)完成。合金組成、顆粒尺寸分布、溫度和攪拌程度均影響分解動(dòng)力學(xué)。令人驚訝的是，在鋁熔體中存在足夠量的鎂能大大加速產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的分解速率。在攪拌的熔體中，添加0.5-8重量。/。Mg顯著減少使產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒分解所需的時(shí)間。這種鎂的添加不僅顯示出使產(chǎn)生反應(yīng)氣體的碳酸鹽的分解速率增加至兩倍以上(morethedouble),提供更高的處理速度，而且通過(guò)改變孔胞尺寸、脫液速率和壁厚顯著影響所產(chǎn)生的泡沫產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的分解產(chǎn)生的反應(yīng)氣體與它們分解的氣態(tài)產(chǎn)物一起用于在液體泡沫中產(chǎn)生氣泡。更具體的，在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中，在一部分產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒分解后，有目的地停止熔融金屬合金的攪拌以便在熔融金屬合金中留下產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的未反應(yīng)部分。之后，產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的未反應(yīng)部分充當(dāng)發(fā)泡劑以便產(chǎn)生液體金屬泡沫，其中利用小氣分散來(lái)穩(wěn)定泡沫。在一個(gè)實(shí)施方案中，向熔融金屬合金中單一添加約2.0-約16.0重量％碳酸鈣足以提供產(chǎn)生可發(fā)泡懸浮體所需的小氣泡和金屬氧化物相的分散以及孕育該懸浮體以產(chǎn)生孕育的可發(fā)泡懸浮體所需的化學(xué)發(fā)泡劑。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，上述方法可進(jìn)一步包括使孕育的可發(fā)泡懸浮體固化、然后在發(fā)泡前使孕育的可發(fā)泡懸浮體再次熔化的步驟。在本發(fā)明的另一方面，提供了用于實(shí)施上述方法的設(shè)備。在最為簡(jiǎn)單的實(shí)施方式中，本發(fā)明的設(shè)備僅需要一個(gè)容器腔，用于分批或連續(xù)產(chǎn)生充當(dāng)可發(fā)泡進(jìn)料的孕育的可發(fā)泡懸浮體。概括而言，形成泡沫鋁產(chǎn)品的本發(fā)明設(shè)備包括用于提供產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒和熔融金屬合金的進(jìn)料系統(tǒng)，其中以預(yù)先選擇的流速提供熔融金屬合金；與進(jìn)料系統(tǒng)連接的反應(yīng)器單元，包括混合單元，其用于將產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒與熔融金屬合金結(jié)合成孕育的可發(fā)泡懸浮體，該混合單元具有包含于其中的攪拌器，并且具有設(shè)定的容積以提供通過(guò)該混合單元的通過(guò)時(shí)間，該通過(guò)時(shí)間適合于在混合單元中在預(yù)先選擇的流速下分解至少一部分產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒，反應(yīng)器單元中的至少一個(gè)排放口，該至少一個(gè)排放口用于排放氣態(tài)副產(chǎn)物，和容納反應(yīng)器單元的爐；以及與反應(yīng)器單元連接的端部(Up)。選擇含有產(chǎn)生氣體的顆粒的熔融金屬合金通過(guò)混合單元的通過(guò)時(shí)間以便在離開(kāi)反應(yīng)器單元時(shí)提供孕育的可發(fā)泡懸浮體?？煽紤]到產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入反應(yīng)器單元的流速以及混合單元的有效體積來(lái)調(diào)節(jié)通過(guò)時(shí)間。更具體的，在調(diào)節(jié)反應(yīng)器單元中產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的組成、分解溫度和顆粒尺寸都必須進(jìn)行考慮。最后，還必須考慮通過(guò)攪拌器提供的攪拌程度。在一個(gè)實(shí)施方案中，設(shè)置傳送系統(tǒng)例如泵或通道來(lái)將孕育的可發(fā)泡懸浮體從反應(yīng)器單元傳送到端部。在一個(gè)實(shí)施方案中,容積式泵(positivedisplacementpump)例如旋轉(zhuǎn)齒輪泵或旋轉(zhuǎn)凸輪泵將孕育的可發(fā)泡懸浮體從反應(yīng)器單元傳送到端部。在一個(gè)實(shí)施方案中，加熱端部到高于進(jìn)入的孕育可發(fā)泡懸浮體溫度的溫度以增加發(fā)泡劑的分解速率。優(yōu)選的，可將端部電加熱或燃?xì)饧訜岬?70-740X:的溫度。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，允許產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的分解在攪拌下進(jìn)行直到完成。在這種情況下，通過(guò)單獨(dú)添加化學(xué)發(fā)泡劑來(lái)提供化學(xué)發(fā)泡劑，該化學(xué)發(fā)泡劑可與產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒在化學(xué)上相同或不同。概括的，本發(fā)明提供了一種形成鋁泡沫的方法，包括提供在大氣壓力下具有約350-約850C分解溫度的產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒；將產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒與包含鋁的熔融金屬合金結(jié)合；攪拌含有產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的熔融金屬合金以便使至少一部分產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒分解為反應(yīng)氣體，其中該反應(yīng)氣體與熔融金屬合金劇烈結(jié)合產(chǎn)生小氣泡和金屬氧化物相的可發(fā)泡懸浮體；向可發(fā)泡懸浮體中分散化學(xué)發(fā)泡劑以產(chǎn)生孕育的可發(fā)泡熔體；使孕育的可發(fā)泡懸浮體發(fā)泡以產(chǎn)生液體金屬泡沫；和固化該液體金屬泡沫以產(chǎn)生泡沫鋁產(chǎn)品。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中，向熔融金屬合金中添加約0.5-約4.0重量%碳酸鈣足以提供小氣泡和金屬氧化物相的充分懸浮體來(lái)穩(wěn)定液體金屬泡沫。小氣泡和金屬氧化物的這種懸浮體導(dǎo)致熔體的體積膨脹，其中在攪拌后初始體積膨脹在5-50%范圍內(nèi)。在另一實(shí)施方案中，可向可發(fā)泡懸浮體中分散約0.5-約4.0重量°/。碳酸鉤作為發(fā)泡劑以產(chǎn)生孕育的可發(fā)泡懸浮體。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，上述方法可進(jìn)一步包括使孕育的可發(fā)泡熔體固化，然后在發(fā)泡前再次熔化孕育的泡沫熔體的步驟。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種設(shè)備用于實(shí)施上述方法，其中在已產(chǎn)生可發(fā)泡懸浮體后，將化學(xué)發(fā)泡劑單獨(dú)分散到可發(fā)泡懸浮體中。在其最為簡(jiǎn)單的實(shí)施方式中，該設(shè)備需要至少兩個(gè)階段，其中第一階段將產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒引入到熔融合金中，而第二階段分散化學(xué)發(fā)泡劑。第一階段在結(jié)構(gòu)上可與上述的其中通過(guò)未反應(yīng)部分的產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒提供發(fā)泡劑的反應(yīng)器單元相似。第二階段分散化學(xué)發(fā)泡劑并且與第一階段相連。概括的，制備泡沫鋁的設(shè)備包括提供產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒和熔融金屬合金的進(jìn)料系統(tǒng)，其中以預(yù)先選擇的流速提供熔融的金屬合金；與進(jìn)料系統(tǒng)連接的反應(yīng)器單元，包括混合單元，其用于將產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒和熔融金屬合金結(jié)合為可發(fā)泡懸浮體，該混合單元具有包含在其中的攪拌器并且具有設(shè)定的容積以便提供通過(guò)混合單元的通過(guò)時(shí)間，該通過(guò)時(shí)間適于在混合單元中在預(yù)先選擇的流速下分解至少一部分產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒，反應(yīng)器單元中的至少一個(gè)排放口用以排放氣態(tài)副產(chǎn)物，以及容納反應(yīng)器單元的爐；與反應(yīng)器單元連接的分散單元，包括用于接收可發(fā)泡懸浮體的發(fā)泡劑混合腔；進(jìn)料系統(tǒng)，設(shè)置該進(jìn)料系統(tǒng)用以將化學(xué)發(fā)泡劑提供到發(fā)泡劑混合腔中的可發(fā)泡懸浮體中；攪拌器，其位于發(fā)泡劑混合腔中用以分散化學(xué)發(fā)泡劑以便產(chǎn)生孕育的可發(fā)泡懸浮體；和傳送系統(tǒng)，其將孕育的可發(fā)泡懸浮體從分散單元傳送到端部。在一個(gè)實(shí)施方案中，傳送系統(tǒng)可以包括容積式泵例如旋轉(zhuǎn)齒輪泵或旋轉(zhuǎn)凸輪泵。或者，傳送系統(tǒng)可以是設(shè)置用于將孕育可發(fā)泡懸浮體從反應(yīng)器單元傳送到端部的通道。在本發(fā)明的另一方面，提供了一種制備可發(fā)泡的液體+氣體+固體懸浮體的方法。概括的，該方法包括步驟提供在大氣壓力下具有約350-約850r分解溫度的產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒；將產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒與包含鋁的熔融金屬合金結(jié)合；攪拌含有產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的熔融金屬合金以便使至少一部分產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒分解為反應(yīng)氣體，其中反應(yīng)氣體與熔融金屬合金劇烈結(jié)合在熔融鋁中產(chǎn)生氣泡和金屬氧化物相的可發(fā)泡懸浮體。另外值得注意的是，用于生成反應(yīng)氣體的產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒產(chǎn)生小氣泡和混合金屬氧化物的均勻分布，該分布遠(yuǎn)優(yōu)于通過(guò)將氣體直接鼓入熔體或通過(guò)其它粗糙方法如渦流形成的分布。通過(guò)產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒分解形成的小氣泡和混合金屬氧化物的分布還似乎比通過(guò)外部添加向鋁熔體中引入穩(wěn)定顆粒的常規(guī)方法更為有效。在本發(fā)明方法中這種液體+氣體+固體懸浮體的產(chǎn)生大大優(yōu)于僅依賴于液體+固體懸浮體的當(dāng)前(incumbent)方法。當(dāng)通過(guò)小氣泡和金屬氧化物的精細(xì)分布穩(wěn)定可發(fā)泡懸浮體時(shí)，形成顆粒的反應(yīng)氣體引起的體積膨脹比顆粒本身的體積大許多倍。本發(fā)明允許在比現(xiàn)有外部穩(wěn)定金屬泡沫中所需的固體體積分?jǐn)?shù)顯著更低的固體體積分?jǐn)?shù)下的熔體穩(wěn)定。在一個(gè)實(shí)施方案中，在攪拌后可發(fā)泡懸浮體發(fā)生約5-50%的體積膨脹。如Jin等人的美國(guó)專利5,112，697("Jin等人")所描述的，現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)，當(dāng)使用最細(xì)的微粒時(shí)需要5%的穩(wěn)定顆粒最小有效體積分?jǐn)?shù)，因此重點(diǎn)在于難以在熔融金屬中分散這樣的細(xì)顆粒。在本發(fā)明中，令人驚訝并且意想不到的是，在低得多的體積分?jǐn)?shù)下，低達(dá)O.5%，小于當(dāng)使用穩(wěn)定的外部添加穩(wěn)定顆粒時(shí)先前認(rèn)為所需的1/10，產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒已經(jīng)顯示是有效的。盡管碳酸鹽的最少水平為或者接近0.5重量y。以便有效產(chǎn)生能夠在合理時(shí)間段內(nèi)保持泡沫的鋁熔體，然而更高重量分?jǐn)?shù)的碳酸鹽導(dǎo)致更快速地獲得所需的熔體穩(wěn)定性。使用多至16重量％的碳酸鹽水平已經(jīng)生產(chǎn)出低密度的鋁泡沫。增加粘度的碳酸鹽的這種高水平顯著減少了達(dá)到有效穩(wěn)定水平所需的時(shí)間。本發(fā)明的另一方面，提供了一種泡沫鋁產(chǎn)品。在一個(gè)實(shí)施方案中，該泡沫鋁產(chǎn)品包括鋁合金基體和0.5-約16重量°/。細(xì)金屬氧化物的分布，該鋁合金基體包括約0.5-8重量％的鎂；其中該細(xì)金屬氧化物的平均尺寸小于l.O微米；所述鋁合金基體中的孔隙分布包括大多數(shù)平均直徑約200-約1500微米范圍的封閉孔隙；其中所述鋁合金基體中的所述孔隙分布提供了0.30-0.70g/cn^的產(chǎn)品密度。金屬氧化物可包括氧化鋁、氧化鎂和氧化鈣和它們的混合氧化物。此外，上述鋁泡沫可基本上不含大于5微米的穩(wěn)定陶瓷顆粒。鋁合金基體可具有約5-約IOO微米的平均壁厚和鋁合金基體中的構(gòu)成鋁泡沫材料70-90體積％的孔隙分布。通過(guò)本發(fā)明方法制造的泡沫鋁產(chǎn)品表現(xiàn)出改良的性能，例如低密度和高剛度、降低的熱導(dǎo)率和良好的抗拉強(qiáng)度、耐沖擊性、能量吸收和消音性能。該泡沫鋁產(chǎn)品可用于多種應(yīng)用，例如高性能輕重量汽車(chē)技術(shù)、薄片材料、建筑材料、浮力應(yīng)用和需要有效利用能量吸收、高比剛度和低密度的任何領(lǐng)域。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，提供了一種鋁泡沫材料，其包括含有效量鎂的鋁合金基體；細(xì)金屬碳酸鹽的分布；所述鋁合金中的孔隙分布；并且基本上不含尺寸大于5微米的穩(wěn)定陶瓷顆粒。平均孔直徑可小于約1000微米。對(duì)于本公開(kāi)，術(shù)語(yǔ)"有效量的鎂"是適于提供穩(wěn)定金屬泡沫的鎂濃度。細(xì)金屬碳酸鹽可包括碳酸鈣、碳酸鎂或其組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，細(xì)金屬碳酸鹽具有等于或小于IOO微米的直徑。在一個(gè)實(shí)施方案中，術(shù)語(yǔ)穩(wěn)定陶資顆粒表示在低于750C的溫度下對(duì)于熔融鋁主要是惰性的并不與其發(fā)生反應(yīng)的陶瓷物質(zhì)。附圖簡(jiǎn)述當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，由下面的優(yōu)選實(shí)施方案的描述可以充分理解本發(fā)明，其中圖l是對(duì)于本發(fā)明最為優(yōu)選的添加劑碳酸鈣(CaC03)，溫度隨時(shí)間單調(diào)增加時(shí)重量％變化的曲線圖，顯示環(huán)境壓力下在空氣中的分解溫度為約600-650。C。圖2是對(duì)于本發(fā)明的優(yōu)選添加劑白云石(CaMg(C03)2),溫度隨時(shí)間單調(diào)增加時(shí)重量％變化的曲線圖，顯示在環(huán)境下在空氣中的分解溫度為約600-700%。圖3是對(duì)于碳酸鎂(MgCO》，溫度隨時(shí)間單調(diào)增加時(shí)重量°/。變化的曲線圖，顯示在環(huán)境下在空氣中的分解溫度為約350-450°C。圖4是對(duì)于水滑石(Mg4Al2(OH)12C03H20)，溫度隨時(shí)間單調(diào)增加時(shí)重量％變化的曲線圖，顯示在環(huán)境下在空氣中的分解溫度為約175-200X:。圖5說(shuō)明了在包含鋁和鎂的熔融金屬中碳酸鈣劇烈分解的反應(yīng)演變中的化學(xué)反應(yīng)以及金屬氧化物和氣體產(chǎn)物的形成。圖6是表示在包含鋁和鎂的熔融金屬中碳酸鈣分解的反應(yīng)演變以及金屬氧化物形成的圖示。圖7(橫截面視圖)描繪了用于生產(chǎn)鋁泡沫的設(shè)備，其中通過(guò)單獨(dú)添加產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒來(lái)提供粘度劑和發(fā)泡劑。圖8(橫截面視圖)描繪了適合于圖7中所示設(shè)備的化學(xué)發(fā)泡劑分散設(shè)備。圖9a(分解圖)描繪了容積式凸輪泵。圖9b(透視圖)描繪了圖9a中所示的容積式凸輪泵。圖9c(橫截面?zhèn)纫晥D)描繪了容積式齒輪泵。圖10描繪了表明產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒對(duì)鋁合金泡沫穩(wěn)定性影響的坐標(biāo)圖。圖11描繪了表明碳酸鈣顆粒尺寸對(duì)鋁合金泡沫結(jié)構(gòu)影響的坐標(biāo)圖。圖12描繪了表明向用于生產(chǎn)鋁泡沫的熔融金屬合金添加鎂的影響的坐標(biāo)圖。圖13描繪了表明混合時(shí)間對(duì)單次添加產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒用于穩(wěn)定劑和作為發(fā)泡劑的影響的坐標(biāo)圖。圖14描繪了當(dāng)單次添加產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒用于穩(wěn)定劑和作為發(fā)泡劑時(shí)，表明增加產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的重量°/。的影響的坐標(biāo)圖。發(fā)明詳述本發(fā)明提供了鋁泡沫和生產(chǎn)泡沫鋁產(chǎn)品的方法，其中所述方法向熔融金屬合金中引入具有約350-約850"C分解溫度的產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒，其中至少一部分產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒分解以提供金屬氧化物相和氣泡的可發(fā)泡懸浮體并且具有最小的對(duì)熔融金屬合金壓力和溫度改變。本發(fā)明還提供了用于實(shí)施本發(fā)明方法的設(shè)備，該設(shè)備包括反應(yīng)器單元，該單元具有設(shè)置的流速和容積用以提供足夠的通過(guò)時(shí)間以便在產(chǎn)生可發(fā)泡懸浮體中分解至少一部分產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒，使用發(fā)泡劑孕育可發(fā)泡懸浮體，將孕育的可發(fā)泡懸浮體傳送到模具中，使孕育的可發(fā)泡懸浮體發(fā)泡以產(chǎn)生液體金屬泡沫，并使液體金屬泡沫固化以產(chǎn)生泡沫金屬產(chǎn)品?，F(xiàn)在參照本發(fā)明的附圖更為詳細(xì)的討論本發(fā)明。在附圖中，用相同的附圖標(biāo)記表示相同和/或相應(yīng)的部件。圖1-4顯示了多種材料的TGA(熱重分析)曲線圖以說(shuō)明當(dāng)在控制分解開(kāi)始和動(dòng)力學(xué)(速率)的特定工藝條件(溫度歷程、顆粒尺寸、周?chē)h(huán)境等)下樣品分解時(shí)，以質(zhì)量損失(重量°/。損失)相對(duì)于時(shí)間表示的產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的分解范圍。在圖l-4中，顯示了分解曲線IO以及優(yōu)選的分解范圍14和熱穩(wěn)定范圍12。發(fā)現(xiàn)在泡沫鋁生產(chǎn)中實(shí)用且有效的產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒是碳酸鹽，其不但有效并且廉價(jià)，具有如圖1、2和3中繪出的TGA(熱重分析)曲線所示的分解溫度。更具體的，產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒優(yōu)選是具有約350-約850X:分解溫度，更優(yōu)選具有約550-850。C分解溫度的碳酸鹽。優(yōu)選的碳酸鹽是碳酸鈣(CaC03)和/或白云石(CaMg(C03)2)，其中圖1顯示了碳酸鈣的分解范圍而圖2顯示了白云石的分解范圍。在無(wú)需將熔融鋁合金的溫度或壓力升高到與常規(guī)鋁處理不一致的溫度或壓力的溫度下，這些產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒發(fā)生分解形成金屬氧化物相和二氧化碳。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，碳酸鈣具有小于約40微米的平均直徑。純鋁在約66(TC熔融。商用鋁合金典型在低于純鋁的溫度下熔化。更具體的，商用鋁合金在約560-約6501C的溫度下熔化，其中商用鋁合金的熔融溫度可根據(jù)合金中的元素添加而變化。用于本發(fā)明的熔融金屬合金可以是例如商用等級(jí)/純度熔融鋁、廢鋁或含有Si和/或Mg的鋁等中的至少一種。如圖1所示，碳酸鈣在高于550。C的溫度開(kāi)始分解，白云石在略高于碳酸鈣的溫度分解，其中白云石的分解在大約575匸的溫度下開(kāi)始。當(dāng)用作產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒時(shí)，這些化合物均具有約550-約650'C的分解溫度，證實(shí)是劇烈的但并不是過(guò)度高能的分解，允許在產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒耗盡其氣體生成能力前，由產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒與熔融合金熔體反應(yīng)產(chǎn)生的氧化鋁相的充分分散。參照?qǐng)D5和6最好地描述了熔融金屬合金中的碳酸鈣分解。包含鋁和鎂的熔融金屬合金中的碳酸鈣分解包括下列反應(yīng)CaC03—CaO+C02(1)C02+A1—Al203+CO(2)CaO+Al—AlCaOx(3)C02+Mg—MgO+CO(4)圖5描繪了熔融金屬合金中的碳酸鈣的分解反應(yīng)以及分解產(chǎn)物與熔融金屬合金中存在的鋁和鎂相互作用產(chǎn)生氣體產(chǎn)物(也稱為氣泡)和穩(wěn)定產(chǎn)物的精細(xì)分散。通過(guò)與熔融金屬合金的鋁和鎂劇烈結(jié)合產(chǎn)生氧化鋁相例如氧化鋁(Al203)和氧化鎂(MgO)的反應(yīng)氣體來(lái)提供氣體產(chǎn)物的精細(xì)分散，其中氣泡和氧化鋁相一起的精細(xì)分散是有助于形成可發(fā)泡懸浮體的穩(wěn)定產(chǎn)物。不希望被束綽，但為了進(jìn)一步描述本發(fā)明的某些方面，認(rèn)為熔融金屬合金的自穩(wěn)定性質(zhì)主要是由所產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物的精細(xì)分散提供的。圖6是表示在熔融金屬合金中產(chǎn)生反應(yīng)氣體的產(chǎn)物分解產(chǎn)生氣泡15和金屬氧化物相20的精細(xì)分散的圖示。不希望限制本發(fā)明，但為了進(jìn)一步描述本發(fā)明的某些方面，認(rèn)為基于可發(fā)泡懸浮體的破壞(collapse)速率、鋁的體粘度、浮力和Stoke，s定律，氣泡的平均直徑大約是小于IOO微米。值得注意的是，盡管在上述實(shí)施例中包括鎂，但也可以不在熔融金屬合金中引入鎂來(lái)實(shí)施本發(fā)明。還值得注意的是，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，當(dāng)以有效量提供時(shí)，鎂能有利的提供穩(wěn)定作用。在一個(gè)實(shí)施方案中，術(shù)語(yǔ)有效量的鎂表示鎂含量足以提供穩(wěn)定的泡沫。在一個(gè)實(shí)施方案中，鎂的有效量大于0.5重量％，優(yōu)選約0.5-約8.0重量％，優(yōu)選約1-約2重量％。此外，熔融金屬合金可以是例如商用等級(jí)/純度熔融鋁、廢鋁或含有Si和/或Mg的鋁等中的至少一種。當(dāng)向熔融金屬合金中加入白云石作為產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒時(shí)的分解反應(yīng)包括2CaMg(C03)2—CaC03+CaO+2MgO+3C023C02+A1—Al203+3COCaO+Al—AlCaOxC02+Mg—Mg0+C0盡管碳酸鈣和白云石是本發(fā)明非常優(yōu)選的實(shí)施方案，然而其它碳酸鹽也被考慮并因此在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如參照描述碳酸鎂(MgC03)的TGA曲線的圖3，考慮將碳酸鎂用作產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒。由于碳酸鎂的低分解溫度，在碳酸鈣和白云石分解開(kāi)始之前碳酸鎂更難以分散，因此盡管碳酸鎂有用，但不優(yōu)選單獨(dú)使用?，F(xiàn)在參照描述在環(huán)境中在空氣中具有約175-200X:分解溫度的水滑石(Mg4Al2(OH)12C03H20)WTGA曲線的圖4,水滑石不適于作為產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒，因?yàn)楫?dāng)其被引入包含鋁的熔融金屬合金中時(shí)導(dǎo)致過(guò)早的分解。盡管分解溫度高于CaC03和白云石的碳酸鹽選擇不適于生產(chǎn)鋁泡沫，但可以理想地適合于具有較高熔融溫度的金屬，例如銅、鈦、鋼或黃銅。類似的，分解溫度顯著低于選擇用于鋁的分解溫度的碳酸鹽可理想地適合于低熔融金屬體系，例如鉛、錫和鎂合金。表1顯示了在約0.01大氣壓的C02分壓(近似為環(huán)境氣氛中的C02分壓)下、自然界中豐富的碳酸鹽的碳酸鹽熱力學(xué)平衡溫度。這是熱力學(xué)平衡總結(jié)，不是動(dòng)力學(xué)總結(jié)，但有助于顯示碳酸鹽的相對(duì)分解順序，以及提供在熔融金屬中分解溫度的估計(jì)。這些也暗示了不適合用于鋁的碳酸鹽的實(shí)例，因?yàn)樗鼈兊姆纸鉁囟任挥?50-850。C范圍之外。表1-在0.Olatm分壓0)2下各種碳酸鹽的熱力學(xué)平衡溫度<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>因此，使用表1僅用于篩選可能無(wú)效的碳酸鹽，顯然對(duì)于鋁泡沫的商業(yè)生產(chǎn)，Na、Zn、Ag、Cd和Mn的碳酸鹽具有過(guò)低的分解溫度，因?yàn)樗鼈冊(cè)诜纸庵羞^(guò)于迅速而不能容許充分分散?；蛘?，Sr、Li和Ba的碳酸鹽具有過(guò)高的分解溫度，從而不能分解或?qū)⒁苑浅Ｂ乃俾史纸鈴亩贿m于可行的商用方法。值得注意的是，在這些分壓下，CaC03和MgC03的平衡溫度并不與它們各自的TGA分解溫度不同。返回其中選擇碳酸鈣作為產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的本發(fā)明實(shí)施方案，當(dāng)添加碳酸鈣來(lái)制備粘度提高的熔融鋁時(shí)，碳酸鈞的顆粒尺寸可以是約0.5-40微米。添加量是全部鋁熔體質(zhì)量的0.5-16重量％,且優(yōu)選0.5-2重量％。已確定小體積分?jǐn)?shù)的碳酸鉀對(duì)于控制熔體粘度和/或表面能以維持穩(wěn)定的泡沫非常有效?；蛘?，碳酸鈣的顆粒尺寸可以大至40-150微米。在這種尺寸下，反應(yīng)速率顯著更低，并且在IO分鐘后碳酸鹽的分解不完全。然而，將產(chǎn)生充分的氣泡精細(xì)分散來(lái)穩(wěn)定鋁熔體。然后殘留的未反應(yīng)碳酸鹽可以在熔體中用作發(fā)泡劑。因此，根據(jù)產(chǎn)品和工藝要求，可以在多個(gè)步驟中添加具有多種顆粒尺寸分布的碳酸鹽，以便獲得各種水平的粘度提高和各種水平的發(fā)泡。如果在一次添加中加入以穩(wěn)定熔體并使其發(fā)泡，那么顆粒尺寸可以是約0.5-150微米。顆粒尺寸的最佳混合物取決于所需的混合時(shí)間，因?yàn)檩^小顆粒首先分解并且在增加粘度時(shí)更為有效，留下較大的顆粒以提供用于最后發(fā)泡的氣體。必須選擇發(fā)泡劑以便在低溫下具有良好的穩(wěn)定性，以及在金屬合金熔點(diǎn)的溫度或高于金屬合金熔點(diǎn)的溫度分解以產(chǎn)生發(fā)泡氣體?？梢曰谒璧呐菽a(chǎn)生速率以及所需的泡沫結(jié)構(gòu)對(duì)引入熔融金屬或合金中的發(fā)泡劑尺寸進(jìn)行選擇。在鑄造泡沫鋁中，引入熔體的發(fā)泡劑的尺寸和組成會(huì)影響產(chǎn)生的氣泡的尺寸和數(shù)密度。通過(guò)控制泡沫鋁主體中產(chǎn)生的氣泡的尺寸，可以以凈密度為目標(biāo)，從而能夠控制諸如熱導(dǎo)率、強(qiáng)度或碰撞能量吸收的性質(zhì)。用于鋁泡沫生產(chǎn)的適宜的實(shí)用化學(xué)發(fā)泡劑的實(shí)例包括碳酸鎂、碳酸釣、白云石和金屬氫化物如氫化鈦和氫化鋯，以及它們的混合物。發(fā)泡劑可以具有任何需要的形貌。可以在工藝中的一個(gè)或多個(gè)階段中將它們加入。在一個(gè)實(shí)施方案中，發(fā)泡劑具有約0，5-約40微米的顆粒尺寸。在另一實(shí)施方案中，發(fā)泡劑具有約40-約150微米的平均尺寸。現(xiàn)在參照?qǐng)D7，在本發(fā)明的另一方面，提供了使用上述產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒生產(chǎn)泡沫鋁產(chǎn)品的設(shè)備25。該設(shè)備包括用于引入熔融金屬合金的裝置28和用于將產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒33引入到反應(yīng)器單元30的供料系統(tǒng)35,其中，產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒33在熔融金屬合金31中劇烈分解以提供可發(fā)泡的懸浮體。用于引入熔融金屬合金28的裝置以預(yù)先選擇的流速提供熔融金屬合金31。反應(yīng)器單元30包括內(nèi)含攪拌器32的混合單元，其中混合單元由爐34容納?；旌蠁卧蛿嚢杵?2將產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒33與熔融金屬合金31結(jié)合以增加鋁熔體的粘度/調(diào)節(jié)鋁熔體的表面能。選擇混合單元和攪拌器32的尺寸和幾何形狀以提供有效容積，使得當(dāng)與預(yù)先選擇的流速結(jié)合使用時(shí)，提供包含產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的熔融金屬合金的通過(guò)時(shí)間，該通過(guò)時(shí)間足以4吏至少一部分產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒在混合單元中分解以便提供可發(fā)泡懸浮體。此外，可以對(duì)通過(guò)攪拌器提供的攪拌、產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的組成和/或顆粒尺寸、以及熔融金屬合金的組成進(jìn)行設(shè)置以調(diào)節(jié)該通過(guò)時(shí)間。反應(yīng)器單元30可進(jìn)一步包括至少一個(gè)排放口用于排放產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒分解的氣態(tài)產(chǎn)物的未反應(yīng)部分，以及反應(yīng)本身的氣態(tài)產(chǎn)物。在產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒是碳酸鈣的優(yōu)選情況下，0)2氣體的未反應(yīng)部分可隨通過(guò)C02與鋁合金熔體反應(yīng)產(chǎn)生的CO反應(yīng)產(chǎn)物一起排出。由于CO是可燃?xì)怏w，因此這種副產(chǎn)物可以在反應(yīng)器單元30的表面被安全的燃燒掉。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，選擇通過(guò)時(shí)間和混合單元的幾何形狀以便僅分解部分產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒33，并留下剩余部分的產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒未反應(yīng)。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中，產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的未反應(yīng)部分充當(dāng)可發(fā)泡懸浮體47中的發(fā)泡劑。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，選擇通過(guò)時(shí)間和混合單元的幾何形狀以便完全分解產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒33。如圖8所示，然后粘度提高的合金熔體可流入具有攪拌器44的發(fā)泡劑分散單元42，在這里添加發(fā)泡劑"以便產(chǎn)生孕育的可發(fā)泡熔融鋁原料48。盡管在提供的圖中沒(méi)有描繪，然而在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，可將孕育的可發(fā)泡熔融鋁原料傳送到可選的澆鑄機(jī)類型設(shè)備以便形成隨后可在添加發(fā)泡劑前在爐中再次熔融的鑄塊。另一氣體排放口37能夠可選地從發(fā)泡劑分散單元42排出過(guò)量的氣體。然后可將孕育的可發(fā)泡熔融鋁原料48傳送到發(fā)泡單元以形成連續(xù)的產(chǎn)品(板材、片材、棒材、擠壓件等)或進(jìn)行處理，例如通過(guò)帶式連鑄機(jī)、輥軋機(jī)、立式連鑄機(jī)等(沒(méi)有顯示)以便提供液體泡沫/多孔片材，在冷卻后可以使用該片材本身或者將其層壓到其它材料。參照?qǐng)D9a-9c，設(shè)備25的另一方面是旋轉(zhuǎn)容積式泵，其用于將鋁從反應(yīng)器單元或分散單元傳送到端部?，F(xiàn)有的熔融金屬泵典型依靠離心或往復(fù)設(shè)計(jì)并且需要嚴(yán)密的公差以減少金屬滲漏。與現(xiàn)有的熔融金屬應(yīng)用相反，由于孕育和發(fā)泡開(kāi)始引起的增加的鋁熔體固著粘度(約700cp)允許應(yīng)用容積式泵設(shè)計(jì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，該泵可以是如圖9a和9b所示的凸輪泵，或如圖9c所示的齒輪泵，其允許至皮帶或到端部的泡沫熔體的精確計(jì)量。參照?qǐng)D9a和9b，在優(yōu)選的實(shí)施方案中，使用凸輪泵，其中凸輪50及泵殼51由高溫材料形成。在一個(gè)實(shí)施方案中，泵殼51包括入口面52、出口表面32、第一側(cè)壁54、第二側(cè)壁55和中間泵表面56。中間泵表面56具有相應(yīng)于凸輪50的幾何形狀以便提供泵腔。第一側(cè)壁、中間泵表面和第二側(cè)壁通過(guò)多個(gè)螺栓和螺釘連接，其中對(duì)螺釘進(jìn)行設(shè)計(jì)以容納由于鋁泡沫處理溫度引起的熱膨脹。凸輪50具有的幾何形狀可以在泵腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)提供泵送作用。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，泵殼51和凸輪50由包含氮化硼的可機(jī)加工陶瓷形成。值得注意的是，也考慮了可替換的材料，只要泵殼51和凸輪50的材料具有能防止?jié)B漏的熱膨脹，并且該材料能經(jīng)受與鋁泡沫制備一致的溫度而沒(méi)有明顯的材料物理性能劣化。本發(fā)明的一個(gè)方面是該設(shè)備能夠在發(fā)泡大量開(kāi)始前泵送孕育的可發(fā)泡熔融鋁。在一個(gè)實(shí)施例中，只要膨脹不大于250%，優(yōu)選小于200%，就可以對(duì)可發(fā)泡的熔融鋁進(jìn)行泵送。值得注意的是，更大或更小的膨脹程度也被考慮并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)，只要鋁泡沫的膨脹程度沒(méi)有以不可修復(fù)的方式使結(jié)構(gòu)變形。在一個(gè)實(shí)施方案中，設(shè)備25可進(jìn)一步包括加熱的模具或端部。在一個(gè)實(shí)施方案中，端部被加熱到高于進(jìn)入的孕育可發(fā)泡懸浮體的溫度以增加發(fā)泡劑的分解速率。優(yōu)選的，端部被加熱到670-740X:的溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)增加孕育可發(fā)泡鋁合金的溫度，可將發(fā)泡速率從6分鐘減少到30秒。在另一實(shí)施方案中，可以在發(fā)生顯著的發(fā)泡前將孕育的可發(fā)泡熔融鋁原料48非常迅速的傳送到凝固單元以產(chǎn)生用于其它產(chǎn)品應(yīng)用的可發(fā)泡固體前體。令人驚訝的是，由再次熔融的可發(fā)泡固體前體生產(chǎn)的鋁泡沫導(dǎo)致泡沫孔胞尺寸的粗化。該方法可用于生產(chǎn)適合于許多最終應(yīng)用的具有較大孔胞尺寸的金屬泡沫。可對(duì)本發(fā)明的鋁泡沫進(jìn)行處理以提供用于建筑、汽車(chē)或航空航天應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料。在一些實(shí)施方案中，可對(duì)鋁泡沫進(jìn)行處理以提供平板，其中該平板可用于建筑中使用的地板、屋頂和墻壁?？蛇x的，可以將孕育的可發(fā)泡熔融鋁原料48傳送到模具或者中空零件中，可以在這里使該原料發(fā)泡并冷卻以便形成模制產(chǎn)品、或者零件的內(nèi)部或外部。提供下面的實(shí)施例以進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，并且證明從本發(fā)明產(chǎn)生的一些優(yōu)點(diǎn)。并不意圖將本發(fā)明限制于所公開(kāi)的具體實(shí)施例。實(shí)施例l:產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒對(duì)鋁合金泡沫穩(wěn)定性的影響制備一系列鋁合金熔體以確定碳酸鈣對(duì)鋁泡沫穩(wěn)定性的影響和在泡沫結(jié)構(gòu)中重力脫液的傾向。對(duì)包含100gm的鋁-2重量％鎂合金的樣品進(jìn)行熔融并劇烈攪拌不同時(shí)間，同時(shí)添加各種重量分?jǐn)?shù)的碳酸鈣粉末。在攪拌后，加入單獨(dú)的化學(xué)發(fā)泡劑并分散30秒。在這些測(cè)試中，化學(xué)發(fā)泡劑是碳酸鈣。然后使各種樣品發(fā)泡，并監(jiān)控鋁泡沫的升高。在發(fā)泡后，使樣品迅速冷卻，并對(duì)泡沫樣品進(jìn)行切割、稱重、照相并計(jì)算密度。在圖io中顯示了這些測(cè)試的結(jié)果。這些結(jié)果清楚的顯示了碳酸4丐在產(chǎn)生穩(wěn)定鋁熔體中的作用和碳酸鹽分解產(chǎn)物對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。在樣品S-787295中，其中不添加產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒(CaC03),并且熔體僅在空氣中簡(jiǎn)單攪拌6分鐘，隨后化學(xué)發(fā)泡劑的分散和發(fā)泡操作導(dǎo)致品質(zhì)特別差的泡沫。(與鋁比較的)相對(duì)密度是基體金屬的77%。從泡沫產(chǎn)品頂部到底部截取的樣品組得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差處在這個(gè)相同的水平，這表明樣品發(fā)生大的重力脫液。這些數(shù)據(jù)清楚的顯示了在空氣中簡(jiǎn)單攪拌(當(dāng)前方法)對(duì)穩(wěn)定用于發(fā)泡的鋁熔體是無(wú)效的。在樣品-787293(再次如圖9所示)中，其中向熔體中添加2重量％碳酸鈣，但僅攪拌2分鐘，該樣品顯示產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的不充分分解對(duì)于穩(wěn)定鋁泡沫是無(wú)效的。在此，縮短的攪拌時(shí)間(2分鐘攪拌)導(dǎo)致產(chǎn)生具有不充分水平金屬氧化物相的鋁基體。隨后添加并分散化學(xué)發(fā)泡劑、接著進(jìn)行起泡、之后進(jìn)行冷卻產(chǎn)生相對(duì)密度為54%的泡沫產(chǎn)品，其相對(duì)密度太高而不被認(rèn)為是有吸引力的泡沫產(chǎn)品。泡沫的不同部分間的標(biāo)準(zhǔn)偏差等于約34%，可以清楚的是，該泡沫產(chǎn)品遭受?chē)?yán)重的重力脫液。該結(jié)果可以與樣品S-787296的結(jié)果相比較，其中除攪拌時(shí)間延長(zhǎng)到6分鐘以外所有的實(shí)驗(yàn)參數(shù)均相同。這時(shí)獲得了具有吸引力的24%的相對(duì)密度，并且泡沫部分之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差顯著下降到7%，這表明了泡沫產(chǎn)品中高度均勻的密度。較高水平的產(chǎn)生氣體的顆粒，例如對(duì)于樣品S-787291、S-787294、S-787299分為為4重量％、8重量％、10重量％碳酸鈣，顯示了泡沫密度和抵抗重力脫液的輕微變化。對(duì)于這種特別的合金組成和碳酸鈣顆粒尺寸分布，需要最小2重量％的添加和6分鐘的攪拌時(shí)間以穩(wěn)定熔體。實(shí)施例2:CaC03顆粒尺寸分布對(duì)泡沫結(jié)構(gòu)的影響制備一系列鋁合金熔體以確定碳酸鈣(產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒)的尺寸和重量分?jǐn)?shù)對(duì)鋁泡沫穩(wěn)定性和泡沫結(jié)構(gòu)中重力脫液傾向的影響。包含lOOgm的鋁-2重量％鎂合金的樣品進(jìn)行熔融并在添加各種重量分?jǐn)?shù)的碳酸鈣粉末后劇烈攪拌6分鐘。圖11中顯示了該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，其中標(biāo)注為"粗"的顆粒對(duì)應(yīng)于150微米的體積平均直徑，而標(biāo)注為"細(xì)"的那些顆粒對(duì)應(yīng)于40微米的體積平均直徑。較細(xì)的碳酸鹽清楚表明在穩(wěn)定鋁熔體中的更大效力。在2重量％的碳酸鹽添加情況下，"粗"顆粒的添加導(dǎo)致25%的平均泡沫密度，而"細(xì)，，顆粒導(dǎo)致17%的密度。這種較細(xì)碳酸鹽添加允許粘度增加的有效重量分?jǐn)?shù)降低到1%，如圖10所示。這些數(shù)據(jù)暗示甚至更細(xì)的碳酸鹽分布將導(dǎo)致更低水平的粘度添加。實(shí)施例3:鎂添加對(duì)鋁泡沫穩(wěn)定的影響制備一系列鋁合金熔體以確定鎂水平對(duì)鋁泡沫的穩(wěn)定性和泡沫結(jié)構(gòu)中重力脫液傾向的影響。包含100gm的鋁和各種水平鎂的樣品進(jìn)行熔融，并在添加20重量。/。碳酸鉤粉末后劇烈攪拌。圖12中顯示了結(jié)果。在添加2重量。/。Mg(對(duì)于這種特定的碳酸鹽尺寸和重量分?jǐn)?shù))時(shí)觀察到明顯的效果，泡沫產(chǎn)品的相對(duì)密度從接近真實(shí)密度下降到25重量％。更高M(jìn)g添加對(duì)于泡沫密度本身具有有限的影響。實(shí)施例4:使用未耗盡的穩(wěn)定劑作為發(fā)泡劑的鋁泡沫單一步驟生產(chǎn)制備一系列鋁合金熔體以便確定在單一攪拌步驟中產(chǎn)生反應(yīng)氣體孕育定義為熔體加上未反應(yīng)的發(fā)泡齊:)可發(fā)泡進(jìn)料可能性的影響。圖13顯示了100gm的鋁-2重量。/。鎂合金樣品的結(jié)果，將該樣品熔融并在添加碳酸鹽后劇烈攪拌不同時(shí)間。對(duì)于這些碳酸鹽的尺寸，結(jié)果顯示最佳的攪拌時(shí)間是約6分鐘以獲得最低的泡沫相對(duì)密度一一18%。更短的攪拌時(shí)間顯示出不足穩(wěn)定水平的影響，表現(xiàn)為密度從泡沫頂部向底部的增加。然而在攪拌IO分鐘的情況下，留下未反應(yīng)的碳酸鹽不足以在發(fā)泡步驟期間驅(qū)動(dòng)泡沫的膨脹，導(dǎo)致相對(duì)密度的升高。因此IO分鐘的攪拌，盡管提供了(通過(guò)密度讀數(shù)間的低標(biāo)準(zhǔn)偏差判斷的)最高的穩(wěn)定程度，但是沒(méi)有提供穩(wěn)定作用和殘留泡沫功效之間的最好平衡。實(shí)施例5:使用未耗盡的穩(wěn)定劑作為發(fā)泡劑鋁泡沫單一步驟生產(chǎn)制備一系列鋁合金熔體以確定攪拌時(shí)間和產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的重量分?jǐn)?shù)對(duì)鋁泡沫的密度和穩(wěn)定性以及對(duì)在單一攪拌步驟中產(chǎn)生孕育可發(fā)泡進(jìn)料可能性的影響。圖14顯示了100gm的鋁-2重量％鎂合金樣品的結(jié)果，將該樣品熔融并在添加碳酸鹽后劇烈攪拌不同時(shí)間。對(duì)于這些碳酸鹽的尺寸，結(jié)果顯示增加攪拌時(shí)間或增加碳酸鹽水平可以提高穩(wěn)定性，同樣通過(guò)取自從頂部到底部的密度標(biāo)準(zhǔn)偏差判斷。單獨(dú)添加碳酸鹽，從8重量％增加到14重量％,并且攪拌時(shí)間從2分鐘至8分鐘不等，具有低達(dá)17%的最終密度。盡管關(guān)于優(yōu)選實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了具體顯示和描述，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚，可進(jìn)行上述和其它細(xì)節(jié)形式的變化而不背離本發(fā)明的主旨和范圍。因此意圖是本發(fā)明不局限于所描述和說(shuō)明的確切形式和細(xì)節(jié)，而是落在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.制造泡沫鋁的方法，包括提供在大氣壓力下具有約350-約850℃分解溫度的產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒；將產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒與包含鋁的熔融金屬合金結(jié)合；攪拌包含所述產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的熔融金屬合金以便使至少部分產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒分解為反應(yīng)氣體，其中反應(yīng)氣體與熔融金屬合金劇烈結(jié)合以產(chǎn)生金屬氧化物相和氣泡的懸浮體；在可發(fā)泡的懸浮體中分散化學(xué)發(fā)泡劑以產(chǎn)生孕育的可發(fā)泡懸浮體；使孕育的可發(fā)泡懸浮體發(fā)泡以產(chǎn)生液體金屬泡沫；和固化該液體金屬泡沫以產(chǎn)生泡沫鋁產(chǎn)品。2.權(quán)利要求1的方法，其中產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒包括碳酸鎂、碳酸鉀、白云石或它們的混合物。3.權(quán)利要求2的方法，其中產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒是碳酸釣。4.權(quán)利要求1的方法，其中化學(xué)發(fā)泡劑包括碳酸鎂、碳酸鈣、白云石、氫化鈦、氫化鋯或它們的混合物。5.權(quán)利要求4的方法，其中化學(xué)發(fā)泡劑是碳酸鈣。6.權(quán)利要求1的方法，其中熔融金屬合金包括商用等級(jí)純度鋁、廢鋁、含有硅和鎂的鋁、或它們的混合物。7.權(quán)利要求3的方法，其中碳酸鈣具有小于40微米的平均直徑。8.權(quán)利要求3的方法，其中碳酸鈣占熔融金屬合金的0.5-4重量%。9.權(quán)利要求5的方法，其中碳酸鈣構(gòu)成熔融金屬合金的0.5-4重量％。10.權(quán)利要求1的方法，其中熔融金屬合金包含0.5-8重量％鎂。11.權(quán)利要求1的方法，其中使孕育的可發(fā)泡懸浮體固化，并在孕育的可發(fā)泡懸浮體發(fā)泡前再次熔化以產(chǎn)生液體金屬泡沫。12.權(quán)利要求1的方法，其中使孕育的可發(fā)泡懸浮體發(fā)泡的步驟還包括加熱該可發(fā)泡的孕育懸浮體以增加化學(xué)發(fā)泡劑的分解速率。13.權(quán)利要求12的方法，包括加熱可發(fā)泡的孕育懸浮體到約670-740X:溫度。14.制備泡沫鋁的方法，包括提供在大氣壓力下具有約350-約850X:分解溫度的產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒；將產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒與包含鋁的熔融金屬合金結(jié)合；攪拌含有所述產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的熔融金屬合金以使產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的第一部分分解為反應(yīng)氣體，并保持產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的第二部分為未反應(yīng)狀態(tài)，其中反應(yīng)氣體與熔融金屬合金劇烈結(jié)合產(chǎn)生金屬氧化物相和氣泡的懸浮體，而處于未反應(yīng)狀態(tài)的產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的第二部分在孕育的可發(fā)泡懸浮體中作為化學(xué)發(fā)泡劑；使孕育的可發(fā)泡懸浮體發(fā)泡以產(chǎn)生液體金屬泡沫；和固化該液體金屬泡沫以產(chǎn)生泡沫鋁產(chǎn)品。15.權(quán)利要求14的方法，其中產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒包括碳酸鎂、碳酸釣、白云石或它們的混合物。16.權(quán)利要求15的方法，其中產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒是碳酸釣。17.權(quán)利要求14的方法，其中熔融金屬合金包括商用等級(jí)純度鋁、廢鋁、含有硅和鎂的鋁、或它們的混合物。18.權(quán)利要求16的方法，其中碳酸鈣具有小于40微米的平均直徑。19.權(quán)利要求15的方法，其中碳酸鈣占熔融金屬合金的2-16重量%。20.權(quán)利要求17的方法，其中熔融金屬合金包含0.5-8重量％鎂。21.權(quán)利要求14的方法，其中使孕育的可發(fā)泡懸浮體固化，并在孕育的可發(fā)泡懸浮體發(fā)泡之前再次熔化以產(chǎn)生液體金屬泡沫。22.在熔融鋁中制造可發(fā)泡的液體+氣體+固體懸浮體的方法，包括提供在大氣壓力下具有約350-約850。C分解溫度的產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒；將產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒和包含鋁的熔融金屬合金結(jié)合；攪拌含有產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的熔融金屬合金以便使至少一部分產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒分解為反應(yīng)氣體，其中反應(yīng)氣體與熔融金屬合金劇烈結(jié)合在熔融金屬合金中產(chǎn)生氣泡和金屬氧化物相的可發(fā)泡懸浮體。23.權(quán)利要求22的方法，進(jìn)一步包括在攪拌含有產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒的熔融金屬合金步驟之后，可發(fā)泡懸浮體的體積膨脹為約5-約50%。24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中熔融金屬合金包含O.5-8.0重量o/oMg。25.制備可發(fā)泡懸浮體的設(shè)備，包括用于提供產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒和熔融金屬合金的進(jìn)料系統(tǒng)，其中以預(yù)先選擇的流速提供熔融金屬合金；與進(jìn)料系統(tǒng)連接的反應(yīng)器單元，包括混合單元，其用于將產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒與熔融金屬合金結(jié)合成孕育的可發(fā)泡懸浮體，該混合單元具有包含在其中的攪拌器，并且具有設(shè)定的容積以提供通過(guò)該混合單元的通過(guò)時(shí)間以便在混合單元中在預(yù)先選擇的流速下分解至少一部分產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒；反應(yīng)器單元中的至少一個(gè)排放口，該至少一個(gè)排放口用于排放氣態(tài)副產(chǎn)物；和容納該反應(yīng)器單元的爐；以及與反應(yīng)器單元連接的端部。26.權(quán)利要求25的設(shè)備，其中所述端部包括具有用于鋁泡沫產(chǎn)品的幾何形狀的模具。27.權(quán)利要求25的設(shè)備，包括傳送系統(tǒng)，該傳送系統(tǒng)用以將孕育的可發(fā)泡懸浮體從反應(yīng)器單元傳送到所述端部。28.權(quán)利要求25的設(shè)備，還包括容積式泵，用于將孕育的可發(fā)泡懸浮體從反應(yīng)器單元傳送到所述端部。29.權(quán)利要求26的設(shè)備，其中所述的容積式泵是旋轉(zhuǎn)齒輪泵或旋轉(zhuǎn)凸輪泵。30.權(quán)利要求25的設(shè)備，其中對(duì)端部進(jìn)行電加熱或燃?xì)饧訜帷?1.制備泡沫鋁的設(shè)備，包括用于提供產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒和熔融金屬合金的進(jìn)料系統(tǒng)，其中以預(yù)先選擇的流速提供熔融金屬合金；與進(jìn)料系統(tǒng)連接的反應(yīng)器單元，包括混合單元，其用于將產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒與熔融金屬合金結(jié)合成可發(fā)泡懸浮體，該混合單元具有包含在其中的攪拌器并且具有設(shè)定的容積以便提供通過(guò)混合單元的通過(guò)時(shí)間，該通過(guò)時(shí)間適于在混合單元中在預(yù)先選擇的流速下分解至少一部分產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒；反應(yīng)器單元中的至少一個(gè)排放口，該至少一個(gè)排放口用以排放氣態(tài)副產(chǎn)物；和容納該反應(yīng)器單元的爐；以及與反應(yīng)器單元連接的分散單元，包括用于接收可發(fā)泡懸浮體的發(fā)泡劑混合腔；進(jìn)料系統(tǒng)，放置該進(jìn)料系統(tǒng)用于將化學(xué)發(fā)泡劑提供到發(fā)泡劑混合腔中的可發(fā)泡懸浮體中；攪拌器，其位于發(fā)泡劑混合腔中用以分散化學(xué)發(fā)泡劑以產(chǎn)生孕育的可發(fā)泡懸浮體；和傳送系統(tǒng)，以將孕育的可發(fā)泡懸浮體從分散單元傳送到端部。32.權(quán)利要求31的設(shè)備，其中設(shè)置熔融金屬的預(yù)先選擇的流速或混合單元的容積以便完全分解產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒產(chǎn)生可發(fā)泡懸浮體。33.權(quán)利要求31的設(shè)備，其中傳送系統(tǒng)是容積式泵。34.權(quán)利要求33的設(shè)備，其中容積式泵是旋轉(zhuǎn)齒輪泵或旋轉(zhuǎn)凸輪泵。35.權(quán)利要求31的設(shè)備，其中對(duì)所述端部進(jìn)行電加熱或燃?xì)饧訜帷?6.權(quán)利要求31的設(shè)備，其中所述端部包括具有用于鋁泡沫產(chǎn)品的幾何形狀的模具。37.鋁泡沫材料，包括鋁合金基體，該鋁合金基體包含約0.5-8重量°/。鎂和0.5-約16重量°/。細(xì)金屬氧化物的分布；其中該細(xì)金屬氧化物的平均尺寸小于1.0微米；和所述鋁合金基體中的孔隙分布，該孔隙分布包括大多數(shù)平均直徑在約200-約1500微米范圍內(nèi)的封閉孔隙；其中所述鋁合金基體中的所述孔隙分布提供了0.30-0.70g/cii^的產(chǎn)品密度。38.權(quán)利要求37的鋁泡沫材料，其中所述金屬氧化物包含氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣或其組合。39.鋁泡沫材料，包括包含有效量鎂的鋁合金基體；細(xì)金屬碳酸鹽的分布；鋁合金基體中的孔隙分布；并且基本上不含直徑大于5微米的穩(wěn)定陶f(shuō):顆粒。40.權(quán)利要求39的鋁泡沫材料，其中鎂的有效量為0.5-8重量％。41.權(quán)利要求39的鋁泡沫材料，其中所述細(xì)金屬碳酸鹽包括碳酸鉀、碳酸鎂或其組合。42.權(quán)利要求39的鋁泡沫材料，其中孔隙分布包括平均直徑為約200-約1500微米的孔隙。43.權(quán)利要求39的鋁泡沫材料，其中孔隙分布占鋁泡沫材料泡沫體積的70-90%。44.權(quán)利要求39的鋁泡沫材料，其中金屬碳酸鹽的百分比為0.5-約16重量％。45.權(quán)利要求39的鋁泡沫材料，其中細(xì)金屬碳酸鹽的分布包括平均尺寸小于IOO微米的碳酸鹽。46.用于建筑、汽車(chē)或航空航天應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料，包含權(quán)利要求39的鋁泡沫材料。47.權(quán)利要求44的結(jié)構(gòu)材料，其中所述結(jié)構(gòu)材料是平板。48.鋁泡沫材料，包括具有平均壁厚約5-約IOO微米的鋁合金基體；和鋁合金基體中的孔隙分布，該孔隙分布具有的平均孔隙直徑為約200-約1500微米并且構(gòu)成鋁泡沫材料的70-90體積％。49.權(quán)利要求48的材料，其中平均孔直徑小于1000微米。全文摘要用于生產(chǎn)鋁泡沫產(chǎn)品的方法，其中在受控的條件下向鋁合金熔體中引入產(chǎn)生反應(yīng)氣體的顆粒，并進(jìn)行攪拌以引起產(chǎn)生泡沫穩(wěn)定的副產(chǎn)物(20)，并且在特定條件下，產(chǎn)生自身用于產(chǎn)生熔融金屬泡沫的氣體(15)。通過(guò)這種方法生產(chǎn)的泡沫產(chǎn)品具有分散在其中的內(nèi)部形成的金屬氧化物(20)和其它固體顆粒，并且無(wú)需大量外部添加通常用于鋁泡沫生產(chǎn)的穩(wěn)定陶瓷添加物。本發(fā)明要求保護(hù)使用低成本的前體材料生產(chǎn)孕育的可發(fā)泡熔體的迅速、簡(jiǎn)單步驟的方法。文檔編號(hào)C22C21/00GK101208443SQ200680020557公開(kāi)日2008年6月25日申請(qǐng)日期2006年5月1日優(yōu)先權(quán)日2005年4月29日發(fā)明者D·M·威廉米,D·亨特,J·D·布賴恩特,J·R·吉尼托,J·卡利維亞里爾,M·D·克勞利,W·E·小博倫申請(qǐng)人:美鋁公司