高压压制设备是铝泡沫夹层（AFS）前驱体制造中的主要固结机制。其作用是将铝粉、合金元素和发泡剂（通常是氢化钛）的混合物强力压缩成坚固、致密的粉末冶金块，通常称为“生坯”。
该设备的核心目的是消除空气空隙并最大化粉末颗粒之间的物理接触。这种致密化为核心材料在热轧过程中与铝面板有效粘合以及在后续发泡过程中实现可控膨胀奠定了结构基础。
前驱体固结的力学原理
消除空气和空隙
高压压机的直接功能是机械排气。松散的粉末含有大量的间隙空气；如果在加热过程中保留这些空气，可能会导致氧化或不可预测的空隙。
通过施加巨大的压力，设备将空气从混合物中挤出。这会形成一个孔隙率极低的实心块，这对于材料的一致性行为至关重要。
增加颗粒接触面积
除了简单的压实，压力还会迫使单个粉末颗粒变形并相互啮合。这大大增加了铝颗粒和合金剂之间的接触面积。
这种紧密的接触对于扩散至关重要。它使得材料在进入制造的高温阶段之前就可以开始物理相互作用。
实现“夹层”结构
为热轧做准备
AFS前驱体必须经过严格的处理才能变成泡沫。压制块作为核心层，夹在两个实心铝面板之间。
压制过程中实现的高密度确保了核心层足够坚固，能够承受热轧的剪切力。如果没有这种初始的高压固结，核心层很可能会在冶金上碎裂或无法与面板粘合。
封装发泡剂
压制过程将发泡剂（氢化钛）锁定在铝基体中。
如果前驱体多孔或松散，发泡剂在加热阶段产生的气体将通过缝隙逸出。高压压实确保气体被困住，迫使其膨胀金属形成蜂窝泡沫结构，而不是泄漏。
理解权衡
单向压制与等静压压制
虽然标准压制是从一个方向施加力（单向），但这可能产生“密度梯度”，即块的中心比边缘密度低。
对于高性能应用，等静压压制是一种更优越的选择。它从所有方向施加相等的压力，消除了密度梯度。这确保了生坯的结构一致性，从而获得更均匀的最终泡沫。
压实不完全的风险
如果施加的压力不足，前驱体将保持脆性。这会导致与面板的粘合力较弱。
此外，“松散”的前驱体会导致发泡不稳定。由此产生的铝泡沫将出现不规则的孔隙尺寸或结构坍塌，从而损害最终夹层板的机械性能。
根据目标做出正确选择
为了优化您的AFS生产，请根据您的具体质量要求选择压制策略：
- 如果您的主要关注点是结构均匀性：采用等静压压制，以确保前驱体整体密度均匀，从而保证最终泡沫的孔隙结构一致。
- 如果您的主要关注点是工艺耐久性：确保您的压力设置足够高，以最大化颗粒的相互啮合，防止在剧烈热轧过程中发生核心分层。
最终铝泡沫夹层的质量取决于在此压制阶段建立的前驱体的密度和完整性。
总结表：
| 功能 | 机制 | 对AFS质量的影响 |
|---|---|---|
| 致密化 | 消除间隙空气和空隙 | 防止氧化和不可预测的内部缺陷 |
| 固结 | 迫使颗粒变形和相互啮合 | 确保核心在热轧过程中的剪切力下存活 |
| 气体封装 | 将TiH2困在铝基体中 | 迫使可控膨胀形成蜂窝结构 |
| 粘合支撑 | 增加物理颗粒接触面积 | 促进与面板的冶金粘合 |
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参考文献
- Tillmann Robert Neu, Francisco García‐Moreno. Aluminum Foam Sandwiches: A Lighter Future for Car Bodies. DOI: 10.1007/s11837-024-06460-2
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
