12、熔体鼓气发泡法制备泡沫铝的装置优化研究

2.1.2 冷却条件对泡沫体凝固的影响

由上面分析可知，泡沫体凝固时凝固前沿界面的温度梯度大小决定着泡沫体凝固的方式，当凝固前沿界面的温度梯度很小时，泡沫体内部泡沫以体积凝固方式凝固，凝固后得到的泡沫体内部中心轴处出现由于凝固收缩所造成的裂纹。

泡沫体在自然冷却和强制水冷时泡沫体中心处温度随时间的变化有所不同，当泡沫体采用自然冷却时，冷却曲线上有一平台区，而强制水冷时冷却曲线呈直线。由两种冷却条件下泡沫体中心处温度变化可知，采取自然冷却时，泡沫体中心部分以体积凝固方式凝固；而强制水冷时，泡沫体中心处冷却曲线则几乎呈直线，泡沫体以层状凝固方式凝固。

在空气中自然冷却的泡沫铝的纵切面，可以看出，自然冷却时，泡沫体内部以体积方式凝固，中心轴处出现较大裂纹。泡沫铝在凝固时，外层部分泡沫由外向内逐层凝固，而内层泡沫在冷却速度比较小的情况下则为体积凝固，为了提高内层泡沫的凝固速度，必须对泡沫体进行各向同时冷却。

强制水冷时得到的泡沫铝的纵切面照片可以看出，强制水冷得到的泡沫体，孔结构均匀，中心轴处未见有裂纹出现。

因此，要想得到品质优良的泡沫铝材料，必须对泡沫铝的凝固过程进行适当的控制。当泡沫铝凝固速度较慢时，得到的泡沫铝中心轴线部分有裂纹出现；当泡沫铝凝固速度较快时，泡沫体内部无缺陷产生。

当对泡沫体从各个方向同时冷却时，为了使问题简化，仅对单个泡孔受单方向冷却时的凝固进行分析。当泡沫体从外向内进行凝固时，以单个泡孔为研究对象，其泡壁外侧首先开始凝固；由于温度降低，泡孔内的气体将会发生对流传热，同时与周围相接触的泡壁进行换热，使整个泡壁凝固下来。在整个凝固过程中，单侧泡壁各个部位同时凝固，凝固收缩均匀分布于整个泡壁。整体凝固收缩消除了泡壁由于凝固而产生的局部裂纹，其结果使泡壁变薄，Plateau边界处的体积（即气泡相交处的体积）变小，整个泡沫体的孔隙率增大。