闭孔泡沫铝的结构形态和表征

从结构上讲，闭孔泡沫铝材料可以看成是由相互连接的板构成的众多胞孔单元所构成的，这些泡孔从空间上可以是二维曲面也可以是三维曲面，闭孔泡沫铝中的胞孔单元是不连通的，泡沫铝的闭孔结构是其内部胞孔相互独立，由母体金属分离，每个胞孔都是封闭的。闭孔泡沫铝之所以具有一些其基体或母金属所不具备的特殊性能和功能，主要原因就是其所特有的孔洞结构，从这个意义上讲，对于给定成分的基体或母金属的泡沫金属而言，决定其各种性能的卞要因素是其孔结构特征和参数。一般来讲，决定闭孔泡沫铝性能的有以下几个方面的主要特征及参数。

(1)空隙率或相对密度

闭孔泡沫金属最重要的特征之一是其空隙率或相对密度，孔隙率是指泡沫金属中扫所有孔的体积与总体积之比；而相对密度是指泡沫金属的表观密度与其基体材料的密度之比，泡沫金属与基体的密度一般可采用称重和测量体积的方法获得，因此相对密度较易测量，通常用相对密度来换算孔隙率。现代的各种制备工艺可获得较高或很高孔隙率的泡沫铝，用不同工艺制备的闭孔泡沫铝的孔隙率的范围为60%-98%之间。随孔隙率的提高，闭孔泡沫铝的密度降低，一般为同体积金属的3/5-1/50不等。例如孔隙率大于63%的泡沫铝，其密度低于1g/cm3，能够浮于水面上。本文中采用的闭孔泡沫铝的空隙率为85%,密度为0.405g/cm3，相对密度为15%。

(2)孔径

闭孔泡沫铝的另一个基本参数是其中孔的尺寸，称为孔径，一般以其中一定区域内的孔的平均尺寸大小来衡量。闭孔泡沫铝的孔径范围一般为0.1一10mm甚至更大。本文采用的闭孔泡沫铝的平均孔径为2.5mm左右。

(3)孔结构类型

现在常见的泡沫铝的孔结构形式主要有三维开孔结构和闭孔结构，当然也有部分开孔和闭孔的结构形式。本文采用的泡沫铝为三维闭孔泡沫铝。

(4)孔的形状及其不均匀性

由于制备方法的不同，闭孔泡沫铝中孔的形状也各不相同，一般二维蜂窝结构泡沫铝的孔结构较均匀，由横截面为三角单胞或多边形单胞按照不同的方式组合。而三维闭孔结构泡沫铝中的孔结构的变化要复杂的多，有关三维孔形状的模型有：四面体、三棱柱、长方体、六棱柱、八面体、棱形十二面体、五边形十二面体等。然而实际上大多数的闭孔泡沫铝的孔结构都是不均匀的、不规则的、由不同边数或面数的形状各异的孔所构成的。不仅各种泡沫铝之间的孔形状变化多样，而且同一材料中的孔形状的变化及其组合也非常复杂，这也是影响闭孔泡沫铝性能的另一个参数，即孔的不均匀性。各种工艺制备的泡沫金属中的孔多数为不规则的多面体或不规则曲面，其中用渗流法制备的开孔泡沫金属通常具有不规则的多面体孔结构；而熔体发泡方法和粉末冶金发泡方法所制备的闭孔泡沫材料中的孔通常具有椭球状或不规则的曲面结构。

(5)孔径的不均匀性

同一闭孔泡沫铝中孔径的变化及各种孔径孔的分布是泡沫铝孔结构不均匀性的另外一种形式，也是影响泡沫材料性能的因素之一 。同一泡沫材料中的孔结构可能是单一孔径的孔，也可能是由两种或两种以上尺寸的孔按不同比例和分布形式组合而成的。