建筑防爆中泡沫铝夹芯材料的运用
建筑防爆中泡沫铝夹芯材料的运用
泡沫铝是由连续金属相骨架和大量气泡组成的新型多功能金属材料，具有孔隙率高、比强度大
和比刚度大等特点， 并且抗爆抗冲击性能良好，是较好的吸能缓冲材料[1,2].因此，泡沫铝在
建筑中有很多应用，建筑防爆材料就是其重要用途之一。 例如：钢板泡沫铝复合防爆层能够保
护建筑的框架结构柱[3]、泡沫铝和钢板制成三明治夹层板可以用做建筑的防护门[4]、泡沫铝
夹芯梁可用于防护工程建筑[5] 等。 因为泡沫铝属于新型功能材料，发展的时间并不长，但其
优良的吸能抗冲击性能决定其在建筑防爆中将会有更大的用途。 本文对近年来泡沫铝的制备技
术和在建筑防爆中的应用情况进行了总结。
1 泡沫铝夹芯材料的制备技术
尽管泡沫铝具有很多优点，但其强度较低则限制了它的应用。 泡沫铝夹芯材料是将泡沫铝芯材
与强度较高的面板材料复合，如钢板和铝板等，使二者在结构和功能上实现优势互补[6]. 建筑
防爆用的泡沫铝主要就是这种材料。 泡沫铝夹芯材料的制备方法很多，主要有两大类：一类是
将预先制成的泡沫铝与面板材料连接，如胶粘法和焊接法等；另一类是将面板材料与铝基发泡
粉末制成预制体， 然后加热发泡，冷却后即得到泡沫铝夹芯板[7]. 除这两类之外，还有一些其
他方法也在探索中。
1.1 连接法
胶粘法是将泡沫铝和面板用胶合剂粘在一起，属于物理连接方法，工艺简单、产品精度也较
高。 但是胶粘前对泡沫铝及面板表面清理过程比较复杂，且胶合剂耐高温、耐腐蚀性能较差，
同时结合强度也比较低，这些缺点限制了该法的发展。焊接法相比胶粘法界面结合强度得到有
效提升， 目前研究较多的有钎焊法和激光焊接等。
钎焊法是目前研究较多的泡沫铝夹芯材料的焊接方法。 该方法的关键在于钎料的选择和对泡沫
铝表面氧化膜的去除。 Sn 基钎料因其与泡沫铝母材间的电极电位差，钎焊接头处容易出现电
化学腐蚀，同时接头耐热性较差、强度较低。 王辉等[8]利用氮气保护来提高钎焊接头的强
度。 研究结果表明界面没有形成连续膜层，而是由端细孔棱接触相交点组成。于冲冲等[9] 以
Zn-Al-Cu 合金为钎料，由于该钎料具有一定的去膜功能，所以在焊接时无需再用钎剂，可以避
免因使用钎剂带来的腐蚀问题；采用机械刮擦去1铺展；焊接时施加超声振动，能使钎料流布
并均匀填充孔隙；最终制得钎料与铝板、钎料与泡沫铝冶金结合的夹芯板。陈楠楠等[10]采用
铜箔 - 铝片- 铜箔复合层作为中间层，使得接头强度高于母材，并对焊接温度、 保温时间等参
数进行了优化。 宋宇峰等[11]用Al-Si 基合金作为钎料、纯铝板为面板，通过钎焊法制得泡沫
铝夹芯板，利用正交试验考察了焊接温度、时间以及退火工艺等对夹芯板性能的影响， 得出最
优工艺参数为：焊接温度为 640 ℃ 、时间为 15 min 、在 400℃ 下去应力退火 30min;此外，对比
了钎焊法和胶粘法制得样品在 400 ℃ 下的失效情况， 表明钎焊法制得夹芯板在高温下稳定性要
好于胶粘法。
激光焊接是将高强度高能量的激光束辐射在金属表面，使其熔化后连接在一起的方法。该方法
的优点是焊接后工件变形小、生产效率高、能够实现连续生产。 张迪[12] 等在孔隙率为 70%泡
沫铝和面板中间加入6061 铝合金， 用激光束的热量将 6061 铝合金熔化并渗入到泡沫铝的孔
洞，从而实现较好的焊接，焊接接头的抗拉强度为 2.97 MPa,接近泡沫铝的强度。但是激光焊
接时，由于泡沫铝中孔隙胞壁的反射作用以及孔隙空间限制， 使得泡沫铝母材对激光能量的吸
收有限。在高温热源的作用下，泡沫铝内部的孔隙可能会因吸热熔化而坍塌，从而形成密实结
构的宽焊缝区[9]. 激光焊接目前还处于前期探索阶段，距工业化生产还有很长的研究道路要
走。
1.2 发泡法
梁晓军等[13] 将铝合金粉末与发泡剂 TiH2 混合，而后用铁、钛面板和粉末在模具中压制，先制
成可发泡的预制体，而后在一定温度下加热使 TiH2 分解出氢气， 从而使熔体发泡制得冶金结
合的夹芯板。 由于该方法需要在模具中压制，限制了成品的尺寸。张敏等[14]将混有发泡剂的
摘要：
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建筑防爆中泡沫铝夹芯材料的运用泡沫铝是由连续金属相骨架和大量气泡组成的新型多功能金属材料，具有孔隙率高、比强度大和比刚度大等特点，并且抗爆抗冲击性能良好，是较好的吸能缓冲材料[1,2].因此，泡沫铝在建筑中有很多应用，建筑防爆材料就是其重要用途之一。例如：钢板泡沫铝复合防爆层能够保护建筑的框架结构柱[3]、泡沫铝和钢板制成三明治夹层板可以用做建筑的防护门[4]、泡沫铝夹芯梁可用于防护工程建筑[5]等。因为泡沫铝属于新型功能材料，发展的时间并不长，但其优良的吸能抗冲击性能决定其在建筑防爆中将会有更大的用途。本文对近年来泡沫铝的制备技术和在建筑防爆中的应用情况进行了总结。 1 泡沫铝夹芯材料的制...
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作者：闻远设计
分类：土木建筑化工水利
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