복제 기술에 의해 오픈 셀 알루미늄 발포체의 생산 및 기공의 효과에 대한 프로토콜 캐스팅

요약

Replication is one of the processing techniques used for the production of porous metal sponges. In this paper one implementation of the method for the production of open celled porous aluminum is shown in detail.

초록

금속 폼은 기본적인 이해와보기의 실용적인 응용 지점 모두에서 흥미있는 물질이다. 제안 된 용도는, 많은 경우에 임플란트 본체로서, 높은 표면 영역 열 교환기 또는 전극으로서, 경량 구조 또는 충격 에너지 흡수에 대한 실험적으로 검증, 및 많은되었다. 실력이 그들의 구조 특성 관계를 이해 하였지만, 다른 처리 기법의 다수, 다양한 특징과 구조와 각각의 생성 물질은 구조물의 모든 측면의 개별 효과의 이해가 완료되지 않은 것을 의미한다. 용탕 이동식 프리폼 물질의 입자 사이에 침투 복제 프로세스는, 제어의 높은 정도를 현저하게 할 수 있으며 이러한 관계의 일부를 명료하게 좋은 효과를 위해 사용되어왔다. 그럼에도 불구하고, 각각의 프로세스는 "노하우"에 의존하는 많은 단계를 갖고,이 논문은 연구 환경에 비교적 쉽게 설정 될 재료 및 장비를 사용하여, 이러한 처리 방법의 일 실시 예의 모든 단계의 상세한 설명을 제공하는 것을 목적으로한다. 이 프로토콜 및 그 변형의 목적은 프로세스 내의 특정 단계를 수정하여 샘플의 결과를 조정할 수있는 가능성을 제공하는, 효과적이고 간단한 방법으로 금속 발포체를 제조하는 것이다. 이 다음으로, 1-2.36 mm 직경과 77 %의 기공율 61 %의 기공 크기를 갖는 개방 셀 알루미늄 발포체를 얻을 수있다.

서문

넓은 예컨대 Banhart ^1과 종설 징에 인용 작업하는 큰 몸체 같이 금속 발포체 최근 관심과 연구 노력의 많은 양이 많다 콘드 등. ² 개 이상의 최근 구달 모텐슨 ^3. 재료의 제조에 사용되는 방법 중, 복제 프로세스는 실험적인 단순성 및 제공 될 수있다 최종 발포체 구조 제어의 정도에 따라 구별된다. 그것은 그들이 가스의 기포에 의해 생성되지 않는 한 문헌에서 이러한 물질은 액체 내에 종종 발포체로서 기술 (및 위치) 되더라도 그들이보다 적절하게 미세 다공성 금속 또는 금속이라는 것을 주목해야한다.

복제 프로세스의 최초보고는 1960 년대 초 ^4이고, 그것은 에콜 폴리텍 모텐슨에서의 연구 그룹에 의해 현저한 진보와 함께 보낸 후 또 다른 단계에서 개발 된스위스 hnique Federale 드 로잔.

^{이 프로세스는, 5.} 프리폼 냉각수 침출 용매 또는 열분해에 의해 제거 될 수 후 산화를 일으키는 최종 다공성 재료의 형상을 정의하는 입자의 주위 모재 금속의 주조에 의존한다. 이 기술의 사용은 인기 ^5-10 알루미늄 또는 알루미늄 합금 ^{11-14 발포체를} 생성하기 위해 공간 홀더로 염화나트륨을 이용한다. 염화나트륨은 비 독성, 용이하게 액세스 가능하고 물에 용해하여 발포체로부터 제거 될 수있는 바와 같이 여러 가지 이점을 갖는다. 801 ° C의 융점으로,이 값이 가장 일반적으로 알루미늄보다 낮은 융점 금속을 사용할 수 있지만, 실시 예는 또한 혼합을 가습함으로써, 이러한 벌크 금속 유리와 같은 물질로 이용의 존재 액체 팔라듐 계 벌크 금속 유리 합금 및 염화나트륨 ^{15 과립.} 높은 융점 물질과 염화나트륨의 교체는 P 허용높은 융점 금속 ^(16)에서 폼의 roduction. 이는 기타 수용성 물질, 또는 모래를 포함한 다양한 유형의 불용성 것을들 수있다. 이러한 형태의 처리는 더 모래, 고압 워터 제트 ^{(17), (18)} 또는 세탁기 ^(19)의 다른 형태 또는 ^20이 요구되는 교반을 제거하도록 종래의 사형 주조 같이된다.

필수적인 프로세스의 NaCl 그레인을 취하여 몰드 넣어서 ^21로 진행 ^{4, 22, 23.} 기본적인 방법은 발포 거동 조사 광범위한 알루미늄 및 알루미늄 합금 발포체 ^24-26을 확인하는 데 사용되어왔다. 추가 단계는 상기 밀도를 제어하고 기공의 상호 연결성을 증가시키기 위해 도입되었다; 이러한 프리폼의 치밀화를 포함한다. 예비 성형체를 치밀화 소결 ^{27 채용되어, 28의} 소결 거동과, ¹³ 년 이후 다양한 실험에 사용 된염화나트륨 구달 등. ^(29)에 의해 설명 온도, 과립의 크기와 밀도에 따라. 이러한 목적으로 사용되는 또 다른 방법은 (CIP) ^{5, 30} 냉간 등방이고; 이 비교 밀도의 큰 스펙트럼을 달성 할 수있는 빠른 기술이다. 절차는 또한 금속 분말 및 염화나트륨 입자와 고체 상태로 수행 될 수 있으며, 그러면 때때로 용해 소결 공정 ^{(31)라고한다.}

날짜 및 다른 기술과의 비교에 복제 기술의 사용의 완전한 조사 구달 모텐슨 ^3에 주어진다.

본 연구에서 우리는 세부 설비에보고하고 복제 방법에 의해 금속 발포체의 처리를 위해 사용되며, 한 실험 프로토콜 연구 실험실 환경에서 구현하기가 비교적 쉽다. 다른 기능은 다른 연구 g에 존재와이 장비의 다른 버전을 인정하는 것이 중요하다roups하고, 여기에 제시된 장비 재료를 처리하는 데 적합하지만,이 전용 ​​버전 또는 작동하도록 만들 수있다 프로토콜이 아님. 어떤 경우에, 임의의 특정 방법의 완전한 이해 실험 성공에 필수적이다.

사용되는 정확한 프로토콜이 아래에 자세히 설명되어있다. 프로토콜의 변화 (A, B, C 및 D)은 주로 제조 발포체의 밀도를 변경하기위한 그들 사이의 약간의 변화가있다. 기공률은 벌크 샘플의 중량, 부피 및 알루미늄의 농도를 측정하여 산출 된 (2.7 g / cm ^3). 복제에 의해 알루미늄 발포체 제조에 기술 된 방법을 개발, 시도 방법은 가능한 구현하기 용이하도록, 가능한 한 작은 범위까지 첨단 장비의 양을 감소시키기 위해 이루어지고있다. 다른 단계에서 사용될 수있는 다른 변형은 나중에 논의된다.

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프로토콜

참고 : 아래의 지침은 프로토콜 (그림 1)에 대한 것입니다. 프로토콜 B, C 및 D에 대한 수정도 나열되어 있습니다.

1. 알루미늄 바 준비

1. 도가니에 상업 순도 알루미늄 잉곳 - (1kg 500g) 큰 조각을 놓습니다.
2. 용융 될 때까지 약 1 시간 동안 800 ° C에서로에서 도가니를 놓습니다.
3. 퍼니스에서 도가니를 취하여 약 ½ mm의 간극을 제공 침윤 (51mm)을 위해 사용되는 챔버의 최종 직경보다 약간 작은 직경 50mm를, 통 형상 주형에 용융 알루미늄을 붓는다.
4. 막대가 식을 때까지 1 시간 정도 기다립니다.
5. 금형에서 줄을 제거합니다.
6. 띠톱를 사용하여, 4- 동일한 크기의 조각으로 잘랐다.
7. 모래 각 조각의 가장자리는 침투 형에 잘 맞는을 보장합니다.

2. 전기로 준비

1. # 740에 도달하는 노 프로그램(176) 적어도 2 시간 동안 C 고원.
2. 20 ° C / 분 노의 가열 속도를 설정한다.

3. 프리폼 준비

위한 목적 발포체의 높이에 따라 100g 및 300g 사이 침윤 사용할 염화나트륨의 양을 변화 : 참고.

1. 직경 (1.4 mm와 1.7 mm 사이의 범위 등) 요구되는 기공 크기 범위에 대응하여, NaCl을 사용 침윤을 선택한다. 재료는 고순도 화학 물질 공급자로부터 얻을 수있다, 또는 슈퍼마켓 구입 식염 (예 : 물질은 요오드 및 고결 제와 같은 첨가물을 가질 것이지만, 이러한 상당한 정도로 실제로 영향의 처리를하지 않음) 사용할 수있다.
2. 적절한 크기 범위의 체를 선택하고 하단의 작은 구멍 크기의 기본 컨테이너 스택.
3. 염화나트륨의 공급 업체 '가방에서 약 500 g을 적층 체에 부어.
4. 체를 선동또는 수동으로 1 분 동안 체 진탕을 사용.
5. 염화나트륨이 큰 구멍 크기의 체 및 용기 저부에 남아 버린다 염화나트륨 침윤에 사용되는 작은 조리개 체에 남아.
6. 획득 침투 염화나트륨의 양을 달아.
7. 양이 부족하면, 반복 3.7 3.4 단계를 반복합니다.
   참고 : 프로토콜 B, C 또는 D의 경우, 미세 염화나트륨 (<500 μm의) 100 g을 얻었다. 이 프리폼에 공기가 적절하게 실을 탈출하지 않는 경우에 침투 동안 프리폼에 갇힌 공기의 금형에 여분의 공간을 만듭니다.

4. 금형 준비

1. 모두 위쪽과 아래쪽 가장자리에 대한 특별한 고려를 복용, 사포 및 실험실 용지 롤, 깨끗한 금형 실린더 (그림 2)을 사용하고, 이전 사용에서 눈에 띄는 불순물을 무료로 금형을 유지.
2. 얇게 피복을 생성 질화 붕소 에어로졸 스프레이 형 실린더의 내부에 스프레이몰드의 내부.
   주 : 몰드의 원래 색상이 스프레이의 백색 층으로 대체 될 때 달성된다; 그것의 특정 농도를 측정 할 필요가 없다.
3. (원하는 경우 추가 건조에 적용될 수있다 최대 1 시간 동안 약 100 ° C까지 가열) RT에서 적어도 5 분 동안 주형 실린더 마른하자.
4. 미세 사포를 사용하여, 실린더 몰드 몰드베이스 사이의 밀봉을 개선하기 위해, 실린더 몰드의 에지로부터 질화 붕소 중 어느 잔사를 제거한다.
   주 : 다음의 3 단계 프로토콜 A와 B위한 것입니다; 프로토콜 C와 D의 뚜껑에 대해 하나의 개스킷 링을 잘라.
5. 노동 조합에 대한 다른 1mm 두께의 흑연 시트 2 개스킷 링 (OD = 60mm, ID = 51mm), 금형 실린더의 위쪽 가장자리와 밸브 시스템에 이르기까지의 금형 뚜껑 사이의 노동 조합에 대한 하나를 잘라 몰드 실린더의 하부 에지와베이스 사이에 몰드.
6. 몰드베이스 홈에 개스킷 중 하나를 놓습니다.
7. 맥주 냉각 및 맥주를 따르는 것용 배치가스켓 홈에 실린더의 금형 OM.
8. 베이스 홈에 바닥을 고정 금형 실린더의 상단에 망치로 깬다.
   주 : 프로토콜 B, C, 또는 D의 경우, 다음의 단계를 더 추가한다.
   1. 금형 실린더에 좋은 염화나트륨 (<500 μm의)의 100g을 붓고 미세 염화나트륨이 높은 밀도로 포장되어 있는지 확인하기 위해 망치로 가볍게의 상단을 눌러 포경 알루미늄 막대 상단을 평평.
      참고 : 프로토콜은 다음과 같은 단계를 추가 D의 경우.
   2. 미세 염화나트륨에 대해을 눌러 포경 알루미늄 바, 망치를 사용, 금형 지름 (51mm)의 크기를 담요와 미세​​ 염화나트륨의 상단에 배치 부드러운 2mm 두께의 세라믹 Kaowool의 2 원을 잘라.
9. 염화나트륨을 따르는 데 금형 실린더에 침투한다.
   참고 : 프로토콜은 다음과 같은 단계를 추가 D의 경우.
   1. 기본 홈에서 이동하지 않도록 금형 실린더를 제작, 진동 테이블에 몰드베이스를 연결합니다. 진동0.01 m의 진폭이 50 Hz에서 1 분.
10. 베이스를 선택하고 곰팡이가 상단에 평평한 표면을 형성하는 내부의 염화나트륨 때까지 가볍게 흔들어 장소에서 실린더의 상단을 들고.
11. 염화나트륨 프리폼의 상단에 제조 된 알루미늄 막대를 놓습니다.
12. 금형 뚜껑의 홈에 흑연 가스켓을 놓습니다.
13. 손으로베이스에 4 스테인레스 스틸 스터드 나사 렌치를 사용하여베이스의 상단에 스테인레스 스틸 너트와 와셔 4 세트로 고정하고 스터드를 통해 금형 실린더의 상단에있는 금형 뚜껑을 배치합니다.
14. 토크 렌치 (16) N · m로 설정하면, 4 스레드 봉베이스에 나사와 너트가 제자리에 금형 뚜껑을 잠 조여 뚜껑을 통해 확장에 대한 스틸 너트와 와셔의 4 세트 나사.
15. 가스켓, 클램프, 볼트와 나비 너트, 밸브 시스템에 뚜껑의 상단을 연결합니다.
16. 시스템의 모든 밸브를 닫습니다.
17. t 선도 밸브를 열고그 진공 펌프와 몰드 (밸브 (3)).
18. 밸브 시스템의 다이얼 게이지가 가능한 최저 압력을 표시 할 때까지 진공 펌프를 켭니다.
19. 진공 펌프의 전원을 끄십시오.
20. 진공 시스템에서의 손실이 시일 진공 펌프 종료 후 처음 10 초 동안 50 토르 / 초의 속도보다 낮 으면 충분히 침투 좋다.
21. 진공 펌프 밸브 (밸브 1) 주위 압력에서 시스템을 유지하고 닫습니다 뚜껑 밸브 개방 (밸브 3)를 둡니다.
22. 밸브 시스템을 분리하지 않고, 예열로에서 금형을 배치하고, 1 시간 동안 기다린다.

5. 침투

1. 시스템 (그림 3)의 모든 밸브를 닫습니다.
2. 아르곤 가스 실린더 (밸브 2)로 이어지는 밸브를 엽니 다.
3. 아르곤 가스 탱크 주밸브를 열고 조절 밸브와 침투 압력 설정 (염화나트륨 입경 1.7 mm 1.4 mm의 범위를, 3.5 바의 압력을 사용한다).
   참고 : 프로토콜 B의 경우, 3 줄의 침투 압력이 사용된다. 프로토콜 C와 D 1 bar의 압력을 사용하여
4. 신속한 방식으로, 리드 밸브 (밸브 (3))를 연다.
5. 1 분 후,로에서 금형을 제거하고 (이 경우, 구리 블록)의 냉각 표면 위에 올려 놓는다.
   주 : 냉각 동안, 시스템 내의 압력을 변경한다. 이 프로세스의 제 5 분 동안, 레귤레이터로 나타낸 압력에주의하고 필요한 경우 다시 침투 압력에 조정한다.

6. 샘플 추출

1. 곰팡이가 빛 내열 장갑으로 처리 할 수​​있을만큼 멋진 30 분, 후, 밸브 시스템을 분리하고 워크 벤치 바이스에 몰드베이스를 배치합니다. 실린더의 상단에서 뚜껑을 풉니 다.
2. 뚜껑으로 가볍게베이스 홈에서 금형 실린더를 풀어 바이스의 그립에 수직 방향으로 망치와 금형 실린더의 상단을 누릅니다.
바이스에서 몰드베이스를 제거하고 바이스​​ 그립 형 실린더를 배치합니다.
3. 망치로 금형 실린더 밖으로 밀어 샘플의 상단에 남아있는 알루미늄을 누릅니다.
4. 띠톱를 사용하여 잉여 알루미늄을 제거 발포체 샘플의 바닥 부분을 잘라.
5. 여기서, 소망하는 근접 샘플의 위로, 컷, 발포체의 필요한 높이에 따라.
6. 물을 비이커와 염화나트륨 프리폼을 용해 교반 핫 플레이트에 자기 교반 막대에 침투 거품을 놓습니다.
7. 60 ℃로 핫 플레이트의 온도를 설정한다. 더 염화나트륨이 거품에 남아 있지 때까지 물마다 10 분을 변경합니다.
   참고 : 염화나트륨이 거품에 남아있는이 약 10 배를 물을 변경할 수 없다 보장합니다. 그것은 간단히 건조 단계 이후 샘플 중량의 주기적 검사를하는 것도 가능하다. 이것이 더 침지하여 크게 변화되지 못할 때, 염화나트륨을 완전히 제거되어야한다.
8. 마지막으로 전기를 사용하여공기가 건조 거품에 남아있는 모든 물을 제거합니다. 폼 샘플은 준비가되어 있습니다.

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결과

도 4의 염화나트륨 입자의 형태는 예시적인 목적을 위해, (각도 및 구면)을 알 수있다. 프로토콜 얻은 발포체 모난 형상 입자를 사용하여 제조하고, 나머지는 구형 입자로 이루어졌다. 이것은 다른 형태의 NaCl 입자의 사용은 샘플에서 얻어진 다공성에는 관찰 된 효과가 없었다는 것을 알 수 있었다.

결과에서 우리는 샘플 (프로토콜로 만든) A, B, C의 벌크의 무게와 ...

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토론

여기에 설명 된 기본적인 방법은 다른 연구자들에 의해 상이한 형태로 사용되어왔다. 다른 종류의 폼을 생성 할 수 있도록 키 변종 중 일부는 설명합니다. 이들 발포체의 특성에서는이 같은 기공 크기, 표면적이나 두께는, 발포 특성의 완전한 이해를 획득하는 데 필요할 수있는 스트러트 등의 다른 구조적 특성, 신속하고 용이하게 평가하지만 특성화 한, 다공성을 측정하고 다른 응용 프로그램. ?...

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자료

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Argon Gas	BOC	Pureshield Argon Gas	http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/industrial-gases/inert-gases/pureshield-argon/pureshield-argon.html
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Beaker	Fisher Scientific	11567402 - Beaker, squat form, with graduations and spout 800 ml	https://webshop.fishersci.com/insight2_uk/getProduct.do;jsessionid=16D5812 D71B8CB37B475E94281E2BEA 5.ukhigjavappp11?productCode=11567402&resultSet Position=0
Stirring Hot Plate	Corning	Corning stirring hot plate Model 6798-420d	http://www.corning.com/lifesciences/us_canada/en/technical_resources/product_guid/shp/shp.aspx
[header]
Stir Bar	Fisher Scientific	11848862 - PTFE Stir bar + Ring 25x6 mm	https://webshop.fishersci.com/insight2_uk/getProduct.do;jsessionid=16D5812 D71B8CB37B475E94281E2BEA 5.ukhigjavappp11?productCode=11848862&resultSet Position=0
Air dryer	V05	V05 Max Air Turbo Dryer DR-120-GB	http://reviews.boots.com/2111-en_gb/1120627/v05-v05-max-air-turbo-hair-dryer-dr-120-gb-reviews/reviews.htm
Ceramic Sheet	Morgan Advance Materials	Kaowool Blanket 2 mm thick	http://www.morganthermalceramics.com/downloads/datasheets?f[0]=field_type%3A84
Vibrating Table	Peveril Machinery	Pevco Vibrating Table 1.25 m x 0.625 m x 0.6 m	https://peverilmachinery.co.uk/equipment/vibrating-tables