泡沫铝材料是使用铝合金发泡生产的新型轻金属材料，在全世界范围内都受到了广泛关注，拥有吸能缓冲、电磁屏蔽、吸音降噪等诸多优异的性能。

那么，泡沫铝材料是如何从实心的铝变成多孔结构的呢，或者说，都有什么方式可以把它制造出来呢？

总体来说，国内外曾经规模量产的几种生产方式包含渗流法、熔体发泡法和吹气法，另外还有精密铸造、粉末冶金和电沉积等成本较高的方式，很难大批量生产，一般应用在一些要求较高或较特别但是用量不大的领域，比如航天、高端设备等。

几种工艺的简单对比如下：

注意，泡沫铝分为开孔（open-celled）和闭孔（close-celled）两种。前者泡孔之间互相连通，甚至体现出如丝瓜瓤一样的立体空间结构；后者泡孔彼此独立，偶然情况下有轻微缝隙，但不影响泡孔的独立性。

如果您有耐心，下面请随我一起了解下这些不同的工艺，到底是如何把实心的铝，变成了多孔结构的泡沫铝。

渗流法是一种工艺简单、发展较早的生产工艺，所制造的泡沫铝材料为通孔，泡孔彼此相连。渗流法制造的泡沫铝外观如图：

1.1 简要工艺原理

渗流法的工艺流程其实比较简单：

1. 把盐颗粒放进容器并加热到合适温度；

2. 把熔融的铝液倒进容器，并加压确保铝液充分渗透进去；

3. 冷却后把毛坯切割成一定厚度的薄板；

4. 使用水或其他溶剂，把夹杂在铝中间的盐颗粒洗掉。

以上是两个不同来源的渗流法工艺原理图，内容基本一致，结合图片和文字，应该很容易理解其中的加工制造流程。

如果您还觉得不理解，搜狐视频上甚至有现成的视频教程：https://tv.sohu.com/v/dXMvMzM4NDUwODU1LzE5MDA0NzI1My5zaHRtbA==.html

注意，上述盐颗粒可以用食盐（NaCl）也可以用其他金属盐类，工艺参数的区别主要在于成分、颗粒大小和过程中的温度、压力控制等，工艺难度不高。

优点：

1. 外观美观：均匀度较高，并且刚刚清洗完成的渗流法泡沫铝表观状态非常不错。

2. 声学特性较高：通孔结构更利于吸音，实际声学应用中，闭孔泡沫铝一般需要使用更厚的厚度。

3. 技术门槛低：简单的实验室条件即可生产，小规模量产的资金门槛、技术门槛都不高。

缺点：

1. 腐蚀、使用寿命短：盐类在多孔结构中是很难清理干净的，泡沫铝在空气中会受潮，潮湿的高浓度盐溶液发生电化学反应，导致铝腐蚀。实际使用过程中，绝大多数渗流法泡沫铝均出现了比较明显的变色、腐蚀甚至严重的盐液渗出。

2. 力学性能差：盐颗粒难以避免会出现边角结构，生硬的结构角不利于力学性能，因此材料普遍偏脆，而电化学腐蚀则更加剧了这一缺点。因此在实际工程应用中，渗流法不适用于吸能缓冲等对力学性能要求较高的场景。

3. 孔隙率受限：盐颗粒的自然堆积，在空间中的体积占比是存在明显的上限的，比如球形结构最大空间占比67%，也就是说这种情况下最大孔隙率只能做到67%，而闭孔泡沫铝可以轻松实现90%、95%甚至97%的孔隙率。

4. 成本高：由于力学性能较差，并且密度居高不下导致铝用量大，最终渗流法泡沫铝的成本偏高。

5. 尺寸和厚度受限：一般最大600mm×600mm，厚度20mm以内。

6. 废水排放：很容易想到，对盐颗粒的清洗需要大量的水，尤其在量产中废水排放量极大；

力学性能差、成本高、不环保，这一系列不足，导致渗流法在市场上的竞争力不足，同时受环保政策压力极大。事实上，国外很久之前就已经停止了渗流法的批量生产，国内早期的渗流法企业也纷纷因为环保、成本原因关停。

2012年，国家建筑材料测试中心联合当时国内几家泡沫铝企业起草了《JGT 359-2012 建筑用泡沫铝板》国家标准。而仅仅数年之后，参与起草该标准的泡沫铝制造企业全部停止生产，令人慨叹。

熔体发泡法最早由日本发明，是目前国内比较主流的泡沫铝制造方法，样品外观如下：

2.1   简要工艺原理

熔体发泡法的工艺原理类似于蒸面包：

1. 先把铝液增粘并充分搅拌；

2. 加入经过预处理的发泡剂（一般为氢化钛或氢化锆）并搅拌均匀；

3. 送入保温炉，保温发泡；

4. 冷却凝固，送机加工。

听起来是不是很简单？把大象放进冰箱比这还简单呢，三步就够了。

言归正传，请思考如下问题：

1. 您蒸的面包，里面的孔均匀么？

2. 如果要您蒸一个两米大的面包，孔还能均匀么？

3. 气泡在面团里面是不会乱跑的，但是在液体里面会乱跑，俗称“冒泡”。现在把面团换成七百度的铝水，这个“铝面包”孔还能均匀么？

4. 做完以上那些，还要保证成本可控，又如何？

事实上，生产工艺比这个讨论还要复杂得多，而且能造好泡沫铝的工艺窗口十分狭窄。此处容我泄个密，把我们内部的工艺培训资料截个图：

看到了吧，其实熔体发泡法一点儿都不难，只要把上面这十几个互相矛盾、互相影响、互相限制的工艺参数处理好了就成功一半了（手动狗头）。

为什么是一半而不是全部，那就得您自己想想我到底隐瞒了什么机密啦。

至于差距有多大，您看看呗：

优势：

1. 力学性能好，可以制造1MPa~35MPa的泡沫铝材料；

2. 孔隙范围大，理论孔隙率0~95%，实际生产中常用到60~92%的孔隙率；

3. 再加一条吧，在某些工艺下，可以实现类似于倒模珍珠的效果，就像上面图上的样品。

缺点：

1. 工艺要求高：如上文所述，精确的工艺控制真的很难；

2. 产品一致性：由于重力影响、铝液排液等原因，不同批次之间密度、强度差异较大，同一毛坯水平、竖直方向也存在密度、强度差异，对性能控制挑战很大；

3. 成本较高：比如发泡剂原料售价十几万元一吨，经过处理之后更高；

4. 生产线占地大、产能受限。

发明熔体发泡法的日本九州制钢所，因为成本原因早已停产。韩国、中东有部分企业也在用熔体发泡法。

国内企业主要采用发泡法生产，但普遍并未克服以上提到的问题，因此市场推广受限。尤其是，国内大多数企业并没有实质的研发能力，拿着高校给的技术原型，勉强实现量产后，不再深入研发，导致国内泡沫铝产业曾经多年原地踏步。

吹气法是主流泡沫铝生产工艺中，门槛最高、难度最大的一种。

以高校研究为例，国内有几十家高校、科研院所从事过熔体发泡法的研究，并且在实验室制造出了原型样品；而从事吹气法研究并能够成功制造样品的高校院所，只有寥寥三五家，而且当前都已经停止研究。

即使是“相对简单”的发泡法，以上几十家科研院所里面，能够实现规模产业化制造的，也只有三两家而已。如果再加上经济性指标的话，只有一两家高校能够实现商业运营。

从技术原型，到规模生产，再到成熟产品，再到商业流通，步步是擂台。

吹气法制造的泡沫铝材料样品如图：

生产线出来的未经过加工的毛坯料如图：

毛坯放一起，是不是看着比发泡法的面包工整多了

为什么上面要铺垫那么多呢，因为吹气法的工艺原理看上去似乎更简单：

铝液熔融、增粘，底下吹气，上面收集气泡并冷却，就可以了。

如果吹气之后等气泡稳固统一冷却，就是静态吹气法；如果保持吹气的同时，对收集的气泡连续导出、冷却，就是动态连续吹气法。

没错，吹气法生产泡沫铝，就是这么简单（千万不要问任何技术细节，那会让泡沫铝攻城狮很头疼很伤心）。

吹气法的优势如下：

1. 迄今为止唯一能够实现连续生产的工艺；

2. 力学性能好、功能性能好；

3. 一致性高、可控性强；

4. 制造成本低：材料利用率高、能耗低；

5. 生产线占地小，产能大（相对熔体发泡法）。

劣势或难点则在于：

1. 装备设计制造门槛高，设备复杂、控制难；

2. 高温连续生产，对核心部件的加工精度、可靠性等要求极高；

3. 工艺控制困难、工艺参数匹配要求高。

加拿大Cymat在吹气法领域耕耘最久，并形成了一系列产品，定位较高。

近期，安徽省某企业经过多年研究，初步实现了吹气法的规模量产，在国内尚属首次，值得关注。

后面讲解的几种工艺，尽管原理、特性不同，但具备一个共同的重要特点：成本高（gui）。因此很难大规模推广，只应用在一些特定领域。

并且，由于成本、规模的原因，这几种工艺在全世界范围内都是高校、研究所在小批量产，或者是大企业下属的研发机构给主体做配套，如航天。

消失模铸造，简单来说就是用泡沫塑料或其他高分子材料做一个要做的产品模型，然后把模型埋入耐高温的材料，比如型砂、石膏等，把金属液注入，金属液把模型烧掉并充满模型所占的空间，最后成型为泡沫铝。

这个工艺做出来的泡沫铝可以是这样的：

为什么说“可以是这样”呢，因为不一定都这样。你需要他是什么样，就做一个模型，最终就能做出来想要的泡沫铝（工艺允许范围内）。

优点就是结构可控（但这个工艺做不出来闭孔结构，原因大家可以思考下），缺点就是贵。

北美ERG航空公司用这种工艺生产的特种泡沫铝材料应用于波音、NASA等，国内中科院固体所等科研单位对此也有深入研究。

粉末冶金法是由德国Fraunhofer材料研究所发明的一种生产方法，可以制备出结构均匀的泡沫材料。

粉末冶金法还可以制造多孔结构的复合零件：

再来就是缺点了：设备要求高、工艺苛刻、制造成本高、产品规格受限、产能低。

网络上广泛流传奥迪A8使用Fraunhofer粉末冶金法生产的泡沫铝复合零件，但也只有A8这个档次才用得起了。

主要以高分子泡沫材料为基底，对表面进行导电处理之后，电沉积铝金属，之后去除泡沫、烧结，获得开孔泡沫铝。

这种工艺也可以用来做泡沫铜、泡沫镍等：

由于性能均匀可控，在催化剂载体、高性能换热等领域有一定应用。为什么不广泛应用呢？当然还是价格了，上面那薄薄的一小片，每平米要将近两千块。看起来也不算很贵是吧，但是按体积算的话，这个价格大约比熔体发泡法贵了30倍。

也因此，这种工艺很多院所都有研究，但未见量产。

新材料、新技术的产业化是一个比较复杂的系统工程，从科学原理、工艺原型、实验室原型、工厂试验机、小规格量产设备、定型设备，每一步都涉及到无数的问题，包含但不限于：工艺构型、设备设计与制造、工艺研究、电气控制、核心零部件加工等，在产业不成熟，甚至没有可供参考的模型的时候，向前走举步维艰。

还好，全世界范围内的泡沫铝企业都遇到了类似的问题，因此直到如今，世界范围内并未出现“泡沫铝巨头”。即使是在泡沫铝领域耕耘多年的加拿大Cymat，其规模也并不很大，而且产品限制颇多，后来者依然有很多机会。

从另外一个角度，维护关键材料的自主可控，对我们国家的军工、航天、核电等产业意义重大。中美贸易战以来的国际关系收紧，也蔓延到了泡沫铝领域。2018年时，ERG官网尚且能够查询到16MPa级泡沫铝材料的压缩曲线，而2020年之后，官网上只显示3MPa级材料的压缩曲线，更高规格的报告全部撤下（一般民用最高用到3~5MPa，更高的强度都是军工、核电在用）。中科院固体所也表示，即使是以科学试验的名义采购小样品，也被ERG拒绝。

前路荆棘满地但也有繁花似锦，唯有自强不息、砥砺拼搏，希望在不远的未来，泡沫铝可以像光伏等产业一样，“国际巨头”在中国。