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多孔金属材料多孔金属材料是一种具有较高比表面积和较低密度的材料。
其内部由许多不规则的孔隙构成，这些孔隙通过互相连接形成了一个连续的网络。
这种组织结构使得多孔金属材料具有多种独特的性能和应用。
首先，多孔金属材料具有较高的比表面积。
由于其内部充满孔隙，将会形成大量的孔隙表面，使得材料的表面积大大增加。
这样一来，多孔金属材料可以提供更多的表面活性位点，从而增加与其他物质的接触面积，提高反应速率和效率。
因此，多孔金属材料广泛应用于催化、吸附、分离等领域。
特别是在催化领域，多孔金属材料可以作为催化剂载体，为反应物提供更多的反应位点，提高催化效果。
此外，多孔金属材料还具有较低的密度和良好的力学性能。
其内部孔隙的存在使得材料的密度大大降低，因此多孔金属材料具有较轻的重量。
同时，由于孔隙的连续网络结构，多孔金属材料的强度和刚度也得到提高。
这使得多孔金属材料在航空航天、汽车、建筑等领域中得到了广泛的应用。
例如，多孔金属材料可以用于制造轻型飞机的结构件，以减轻飞机的重量和提高燃油效率。
此外，多孔金属材料还具有较好的导热性和导电性。
由于其内部孔隙结构，多孔金属材料的导热通道更加直接和连续，热量的传导性能更好。
因此，多孔金属材料被广泛应用于热交换器、散热器等领域。
同时，多孔金属材料的导电性能也很好，可以用于制造导电材料、电池等电子器件。
总之，多孔金属材料作为一种特殊的材料结构，具有较高的比表面积、较低的密度、良好的力学性能、导热性和导电性等特点。
通过调控多孔金属材料的孔隙结构和孔径分布，可以实现对其性能的调控和优化，从而适应不同的应用需求。
在未来的发展中，多孔金属材料有望在能源、环境、医学等领域中发挥更大的作用。
多孔金属就是金属本体是由微小球状体（俗称粉末）经高温烧结而成，金属内部各个方向都布满极微小细孔，故名多孔金属，也叫透气金属或叫多孔透气钢。
特点1.降低注射压力，减少成型和保压时间。
2.降低和消除成型件的内应力，防止产品的变形和曲翘。
3.表面皮纹的塑料零件，由于高温高压产生的亮光皮纹，能解决要求亚光的表面。
4.由于模具分型面的紧密配合，可以解决开模困难等情况。
解决通常利用顶针、镶件等无法提供足够表面区域以容纳可能产生的大量气体等诸多问题，避免了利用分型面或其他排气系统而产生的飞边及其他瑕疵。
5.可使由于浇口偏位、壁厚不匀、壁薄产品等较难成型问题得到解决和缓解。
6.由于成型材料高温产生的气体和模具腔内快速聚压产生的烧焦、流痕、缺料、吸气造成的零件变形等缺陷能得到充分解决。
7.提高成型生产效率，节约生产成本。
多孔金属材料还具有很好的电磁波吸收特性、对气体敏感特性等特点，所以它在通讯工程，环保工程等领域有广泛的应途。
更值得一提的是，日本材料工作者利用仿真技术，正在开发多孔金属材料的人工骨骼。
据称该材料具有生物材料的特性，所以是人体理想的骨骼材料。
多孔金属材料是近十几年内发展起来的新材料，它具有结构材料和功能材料的特性，是许多普通金属材料所无法具备的。
它的开发是人类社会发展的必然趋势。
说必然趋势其中包含二重含义，其一是人类生存的空间愈来愈小。
资源愈来愈贫乏，所以迫使人类为生存而斗争，去挖掘省资源。
省能源。
有利环境保护的材料。
其二二。
突飞猛进的科学技术发展，使我们有能力从事新材料的研究和开发。
综上所述，我们可以看出，多孔金属材料具有很好的开发前景和广阔的用途。
日本材料学家中峙英雄认为，二十一世纪前五十年多孔金属材料的研究和应用将会受到人们很大的关注。
多孔材料的应用领域
多孔材料作为一种特殊的材料，由于其特殊的物理、化学和结构性质，其应用领域非常广泛。
以下为多孔材料在不同领域中的应用：
1. 能源领域：多孔材料可以作为电池、储氢材料、传感器等很多能源
相关器件的重要组成部分。
例如，多孔硅材料可作为电容器的电极材料，多孔碳材料可用于制备超级电容器。
2. 生物医学领域：多孔材料在这个领域中的应用主要包括组织工程、
药物缓释、生物传感等方面。
例如，多孔生物玻璃可用于修复骨骼缺损，多孔聚合物可作为药物缓释载体。
3. 环境保护领域：多孔材料可以作为吸附材料、分离材料等，被广泛
应用于环境治理和资源回收领域。
例如，多孔碳材料可用于吸附有机
污染物，多孔陶瓷可作为高温气体分离膜材料。
4. 光电领域：多孔材料可以作为光学器件、传感器等方面的材料。
例如，多孔硅材料可作为半导体光学器件，多孔金属材料可用于制备表
面增强拉曼散射传感器。
综上所述，多孔材料具有广泛的应用前景，而且其应用范围还在不断扩大。
未来，多孔材料还将继续在新材料和新技术领域中发挥着重要作用。
金属多孔材料的研究现状与发展前景金属多孔材料的研究现状与发展前景摘要：介绍了金属多孔材料的制备方法、应用、发展方向以及前景。
关键字：金属多孔材料；制备方法；应用金属多孔材料是一类具有明显孔隙特征的金属材料(孔隙率可达98%)，由于孔隙的存在而呈现出一系列有别于金属致密材料的特殊功能，广泛应用于冶金机械、石油化工、能源环保、国防军工、核技术和生物制药等工业过程中的过滤分离、流体渗透与分布控制、流态化、高效燃烧、强化传质传热、阻燃防爆等，是上述工业实现技术突破的关键材料。
近年来金属多孔材料的开发和应用日益受到人们的关注。
金属多孔(泡沫金属)材料是20世纪80年代后期国际上迅速发展起来的，是由刚性骨架和内部的孔洞组成，具有优异的物理特性和良好的机械性能的新型工程材料。
它具备的优异物理性能，如密度小、刚度大、比表面积大、吸能减振性能好、消音降噪效果好、电磁屏蔽性能高，使其应用领域已扩展到航空、电子、医用材料及生物化学领域等。
通孔的金属多孔材料还具有换热散热能力强、渗透性好、热导率高等优点；而闭孔金属多孔材料的物理特性则与通孔的相反。
为了得到不同性能的多孔金属，各种制备方法被相继提出，如直接发泡法，精密铸造法，气泡法，烧结法和电沉积法等[1,2]。
2 金属多孔材料制备方法2.1 从液态(熔融)金属开始制备2.1.1熔体发泡法在一定的条件下金属熔体中可生成气泡，并且一般情况下多数气泡由于浮力作用会迅速上升到液体表面而溢出。
为了使更多气泡留在熔体中，可在其中加入增粘剂来阻碍气泡的上浮。
19世纪60至70年代，人们就已经尝试用这种方法制备铝、镁、锌及其合金的泡沫材料。
过去的10年中，又涌现出了大量的新思路、新工艺，其中有两种熔体发泡工艺特别具有发展前景：其一是直接将气体通入金属熔体中，其二是将发泡剂加入熔体中，发泡剂分解释放大量气体[3]。
①直接吹气法：首先在熔融的金属中加入增粘剂以防止气泡从熔体中逸出。
随后，采用旋转浆或振动的喷嘴将发泡气体(空气、氮气、二氧化碳、氩气等)通入熔体中，旋转浆或喷嘴的作用是在熔体中产生足够多的优良气泡并使他们分布均匀。
多孔金属材料
多孔金属材料是一种具有特殊结构和性能的材料，其具有许多独特的优点，因
此在各个领域都有着广泛的应用。
多孔金属材料通常具有高度的孔隙率和较大的比表面积，这使得它们在吸附、过滤、隔热、隔声等方面具有独特的优势。
本文将介绍多孔金属材料的组成、制备方法以及应用领域。
多孔金属材料通常由金属颗粒或纤维通过一定的方法组装而成，其孔隙结构可
以精确控制，从而实现对材料性能的调控。
常见的多孔金属材料包括泡沫金属、多孔板、网状结构等。
这些材料具有高度的孔隙率和连通的孔隙结构，使得气体和液体可以在其中自由流动，具有优秀的过滤和吸附性能。
制备多孔金属材料的方法多种多样，常见的方法包括模板法、发泡法、粉末冶
金法等。
模板法是利用模板的空隙结构来制备多孔金属材料，可以通过模板的选择来控制孔隙结构和孔隙大小；发泡法是利用金属的发泡性质来制备多孔金属材料，可以实现大面积、连续生产；粉末冶金法是利用金属粉末的成型和烧结来制备多孔金属材料，可以实现复杂形状和微观结构的控制。
多孔金属材料在各个领域都有着广泛的应用。
在能源领域，多孔金属材料可以
作为催化剂载体、电极材料等，具有优异的传质性能和催化性能；在航空航天领域，多孔金属材料可以作为轻质结构材料、隔热隔烟材料等，具有优异的强度和耐高温性能；在生物医学领域，多孔金属材料可以作为植入材料、药物载体等，具有良好的生物相容性和生物活性。
总之，多孔金属材料具有独特的结构和性能，其制备方法多样，应用领域广泛。
随着材料科学的不断发展，相信多孔金属材料将会在更多领域展现出其独特的价值，为人类社会的进步做出更大的贡献。
金属多孔材料非金属081班田子明 080604133摘要：金属多孔材料是当前发展较快的一种功能材料，它具有渗透性好、孔径可调、耐腐蚀、耐高温、强度高等优点，可以制成过滤器、分离膜、消音器、催化剂载体、电池电极、阻燃防爆等材料，在原子能、石化、冶金、机械、医药、环保等行业已得到了广泛的应用。
关键词：属金多孔材料制备方法应用所谓多孔金属材料是指一种金属骨架里分布着大量孔洞的新型材料, 以多样化孔隙为特征的广义阻尼材料。
按其结构来分,可分为无序和有序两类,前者如泡沫材料, 而后者主要是点阵材料。
按孔之间是否连通,可分为闭孔和通孔两类,前者含有大量独立存在的孔洞, 后者则是连续畅通的三维多孔结构。
多孔金属由金属骨架及孔隙所组成,具有金属材料的可焊性等基本的金属属性。
相对于致密金属材料, 多孔金属的显著特征是其内部具有大量的孔隙。
而大量的内部孔隙又使多孔金属材料具有诸多优异的特性,如比重小、比表面大、能量吸收性好、导热率低(闭孔体)、换热散热能力高(通孔体)、吸声性好(通孔体)、渗透性优(通孔体)、电磁波吸收性好(通孔体)、阻焰、耐热耐火、抗热震、气敏(一些多孔金属对某些气体十分敏感)、能再生、加工性好, 等等。
多孔有机高分子材料强度低且不耐高温,多孔陶瓷则质脆且不抗热震,因此,多孔金属材料被广泛应用于航空航天、原子能、电化学、石油化工、冶金、机械、医药、环保、建筑等行业的分离、过滤、布气、催化、电化学过程、消音、吸震、屏蔽、热交换等工艺过程中,制作过滤器、催化剂及催化剂载体、多孔电极、能量吸收器、消音器、减震缓冲器、电磁屏蔽器件、电磁兼容器件、换热器和阻燃器,等等。
另外,还可制作多种的复合材料和填充材料。
多孔金属既可作为许多场合的功能材料,也可作为一些场合的结构材料, 而一般情况下它兼有功能和结构双重作用, 是一种性能优异的多用工程材料。
一、金属多孔材料的研究现状金属多孔材料属于人造多孔材料。
近10 年来，多孔材料特别是金属多孔（泡沫）材料发展迅速。
多孔金属材料的制备方法及应用摘要：孔金属材料由于具有独特的综合性能，近年来逐渐成为研究热点。
科研水平的提高使一些多孔金属材料的孔隙率可以达到90%以上，但许多的多孔金属材料的制备仍然存在很大的挑战。
本文主要对多孔金属材料的几种制备方法和多孔金属材料的应用进行了介绍，并对今后的研究热点作了展望。
关键词：多孔金属材料；制备方法；应用引言：多孔金属材料是一类新型的金属材料，与传统金属材料和其他多孔材料相比在某些方面具有更佳的性能，且随着研究的发展，多孔金属材料的应用领域变得更加宽泛。
简要回顾了多孔金属材料的研究历史，重点综述了几种常用的多孔金属材料的制备方法及其适用性，并对多孔金属材料的应用领域作了介绍，最后展望了多孔金属材料的研究趋势。
1多孔金属材料的制备工艺铝合金在工业上广泛用于制造金属泡沫。
除了铝之外，钛、铁、锌、铜等材料也在工业上得到了应用，但与铝相比，它们的存在率仍然很低。
不同的应用需求对多孔金属材料的孔隙率要求不同，根据多孔金属材料加工产生孔隙时的金属的物质状态（固态、液态、气态或电离态）对各种制备工艺进行分类：固相法、液相法、沉积法。
1.1固相法固相法制备多孔金属材料是对固相金属进行烧结，且在此过程中金属始终保持固态，此工艺方法包含的种类较多，较容易制备大块的材料，该方法操作简单，得到的金属孔隙率高、分辨率高、孔隙分布均匀，缺点是得到的多孔金属材料强度低，常用于制备的多孔金属材料有铝、钛、不锈钢、铜、钼等。
通常固相法常用的制备方法主要有粉末烧结法、粉末发泡法、氧化还原烧结法、空心球烧结法等。
1.2液相法液相法制备多孔金属材料是在液态金属中获得孔隙结构或者是熔化含有气体发泡剂预制体释放气体，气体扩散获得孔隙结构，以此获得多孔金属材料。
该方法的优点是操作简单、成本低、孔隙率高，但不太适用于熔点高的材质。
受液态金属粘度的影响，所得到的多孔金属材料孔隙结构不均匀，力学性能较差，多适用于制备铝合金、钢、铜、青铜、黄铜等多孔金属材料。
多孔金属材料的制备方法及应用研究论文（通用）1、多孔金属材料的制备方法1.1铸造法铸造法分为熔融金属发泡法、渗流铸造法和熔模铸造法等.1.1.1熔融金属发泡法熔融金属发泡法包括气体发泡法和固体发泡法.此方法的关键措施是选择合适的增粘剂，控制金属粘度和搅拌速度，以优化气泡均匀性和样品孔结构控制的程度.此法主要用于制备泡沫铝、泡沫镁、泡沫锌等低熔点泡沫金属.对于熔融金属发泡法，当前研究较多的是泡沫铝.李言祥对泡沫铝的制备工艺、泡沫结构特点及气孔率方面进行了深入的实验研究;于利民等人根据采用此法生产泡沫铝在国内外泡沫金属的发展形势，总结并探讨了其制备工艺及优缺点.1)气体发泡法气体发泡法指的是向金属熔体的底部直接吹入气体的方法.为增加金属熔体的粘度，需要加入高熔点的固体小颗粒作为增粘剂，如Al2O3和SiC等.吹入的气体可选择空气或者像CO2等惰性气体.虽然设备简单、成本低，但孔隙尺寸和均匀程度难以控制.徐方明等用这种方法制备出了孔隙率为90!以上的闭孔泡沫铝;覃秀凤等介绍了该方法原理，并研究了增粘剂、发泡气体流量和搅拌速度等工艺参数对实验结果的影响.2)固体发泡法固体发泡法即向熔融金属中加入金属氢化物的方法. 发泡剂之所以为金属氢化物，是因为它会受热分解，生成的气体逐渐膨胀致使金属液发泡，然后在冷却的过程中形成多孔金属. 增粘剂主要选择Ca粉来调节熔体粘度，发泡剂一般为TiH2 . 采用同样的方法原理，可以通过向铁液中加入钨粉末和发泡剂的方式生成泡沫铁，但很少有相关的文献报道.Miyoshi T 等人采用这种方法制备出了泡沫铝.1.1.2渗流铸造法和熔模铸造法两种方法的相似之处在于都是将液态金属注入装有填料的模型中，构成多孔金属的复合体，然后通过热处理等的方式将杂质除去，经过冷却凝固得到终产物多孔金属;区别在于前者模型中填充的是固体可溶性颗粒(如NaCl、MgSO4等)或低密度中空球，后者铸模由无机或有机塑料泡沫(如聚氨酯)和良好的耐火材料构成.Covaciu M等用渗流铸造法制备了开孔型和闭孔型的多孔金属材料，John Banhart用熔模铸造法制备了多孔金属，详细研究了产品结构、性能及应用. 用渗流铸造法制备的多孔金属，其孔隙率小于80!，常用来制备多孔不锈钢及多孔铸铁、镍、铝等合金，虽然用这种方法制备的多孔金属孔隙尺寸得到准确控制，但成本较高. 熔模铸造法制备的多孔金属成本也很高，孔隙率比前者高，但产品强度低.1.2金属烧结法金属烧结法包括粉末烧结法、纤维烧结法、中空球烧结法、金属氧化物还原烧结法、有机化合物分解法等.1.2.1粉末烧结法粉末烧结法指的是金属粉末或合金粉末与添加剂按一定的配比均匀混合，压制成型，形成具有一定致密度的预制体，然后进行真空环境下高温烧结或钢模中加热的方式除去添加剂，最终得到多孔金属材料.此法可用来制备多孔铝、铜、镍、钛、铁、不锈钢等材料.通过粉末烧结法制备的多孔金属材料，其孔隙特性主要取决于采用的方法工艺和粉末的粒度.王录才等采用冷压、热压、挤压三种方式制备预制体，详细研究了铝在不同炉温下加热的发泡行为.根据所选添加剂的不同，粉末烧结法又分为粉末冶金法和浆料发泡法.两者选用的添加剂分别为造孔剂和发泡剂.造孔剂分为很多种，如NH4HCO3、尿素等. 陈巧富等用NH4HCO3作造孔剂，经过低温加热和高温烧结的方式制备出了多孔Ti-HA 生物复合材料，孔径范围100 ～500 μm，抗压强度高达20 MPa，可作为人体骨修复材料. 国外David C. D等用尿素作造孔剂制备出了具有一定孔隙率的泡沫钛; JaroslavCapek等以NH4HCO3为造孔剂，用粉末冶金法制备出了孔隙率为34 !～ 51!的多孔铁，并作出了多孔铁在骨科应用方面的设想.关于发泡剂的选择，TiH2或ZrH2常作发泡剂制备多孔铝、锌，而SrCO3常作为发泡剂制备多孔碳钢. 李虎等用H2O2作发泡剂，用浆料发泡法制备出了多孔钛，经过对其力学性能测试和碱性处理获得了有望成为负重骨修复的理想材料.1.2.2纤维烧结法纤维烧结法指金属纤维经过特殊处理后经过压制、成型、高温烧结的过程形成的多孔金属.运用这种方法制备的多孔金属材料，其强度高于烧结法.1.2.3中空球烧结法中空球烧结法指金属空心球粘结起来进行烧结，从而得到多孔金属材料的方法.常用来制备多孔镍、钛、铜、铁等，制得的金属兼具闭孔和开孔结构.其中金属空心球的制备方法是:用化学沉积或电沉积的方法在球形树脂表面镀一层金属，然后除去球形树脂.特别的是，多孔金属的孔隙尺寸可以通过调整空心球的方式来进行控制.1.2.4金属氧化物还原烧结法该方法旨在氧化气氛中加热金属氧化物获得多孔的、透气的、可还原金属氧化物烧结体，再在还原气氛中且低于金属的熔点温度下进行还原，从而得到开口的多孔金属. 这种方法可用来制备多孔镍、钼、铁、铜、钨等. 因为很难找到制备高孔隙率的多孔铁的方法，Taichi Murakami等用炉渣中的氧化物发泡，并采用氧化还原法制备出了多孔铁基材料.1.2.5有机化合物分解法将金属的草酸盐或醋酸盐等进行成型处理后，再在合适的气氛下加热烧结.如草酸盐分解反应式为Mx(COO)y→xM+YCO2式中:M为金属·金属的草酸盐分解释放CO2，在烧结体中形成贯通的孔隙.在制备过程中金属有机化合物可以成型后加热分解，再进行烧结.1.3沉积法此法是指通过采用物理或化学的方法，将金属沉积在易分解的且具有一定孔隙结构的有机物上，然后通过热处理方法或其他方法除去有机物，从而得到多孔金属.沉积法一般分为电沉积法、气相沉积法、反应沉积法等.1.3.1电沉积法该法是以金属的离子态为起点，用电化学的方法将金属沉积在易分解的且有高孔隙率三维网状结构的有机物基体上，然后经过焙烧使有机物材料分解或用其他的工艺将其除去，最终得到多孔金属. 具体操作步骤为:预处理、基体导电化处理、电镀、后续处理. 常用来制备多孔铜、镍、铁、钴、金、银等.国外Badiche X等用这种方法对泡沫镍的制备及性能进行了深入研究; 单伟根等电沉积法制备了泡沫铁，确定了基体的热解方式对泡沫铁的结构性能方面造成不同的影响，并且确定了最佳实验条件. Nina Kostevsek等研究了平板电极上和多孔氧化铝模板上的铁钯合金，并对二者的电化学沉积动力学进行了比较.1.3.2气相沉积法该法是在真空状态下加热液态金属，使其以气态的形式蒸发，金属蒸气会沉积在固态的基底上，待形成一定厚度的金属沉积层后进行冷却，然后采用热处理方法或化学方法去除基底聚合物，从而得到通孔泡沫金属材料.蒸镀金属可以为Al、Zn、Cu、Fe、Ti等.1.3.3反应沉积法反应沉积法，顾名思义指的是金属化合物通过发生反应，然后沉积在基体上的过程.具体操作环节是，首先将泡沫结构体放置在含有金属化合物的装置中，加热使金属化合物分解，分解得到的金属沉积在多孔泡沫基体上，然后进行烧结去除基底，得到多孔金属.通常情况下，金属化合物为羟基金属，在高温条件下发生分解反应，如制备多孔铁、镍等.2、多孔金属材料的性能及应用多孔金属材料可作为结构材料，也可作为功能材料. 同时结构决定性能，对于多孔金属而言，它的结构特点表现为气孔的类型( 开孔或闭孔) 、大小、形状、数量、分布、比表面积等方面. 多孔金属材料在航空航天、化学工程、建筑行业、机械工程、冶金工业等行业得到了广泛的应用，此外，在医学和生物领域也具有广阔的发展潜力. Qin Junhua等对多孔金属材料性能和用途两方面的研究进展做了重要阐述，并提出针对当前的形势，需要拓展多孔金属材料其他方面用途的必要性.2.1结构材料多孔金属材料具有比重小、强度高、导热性好等特点，常用作结构材料.可作汽车的高强度构件，如盖板等;可作建筑上的元件或支撑体，如电梯、高速公路的护栏等;也可作为航天工业上的支撑结构，如机翼金属外壳支撑体、光学系统支架，或用来制作飞行器等.最常用的是多孔铝.魏剑等提到了多孔金属材料可用来制作节能门窗、防火板材等，实现了其在建筑领域的应用价值.利用多孔金属材料的吸能性能，可制作能量吸收方面的材料，如缓冲器、吸震器等.最常见的是多孔铝.比如汽车的冲击区安装上泡沫铝元件，可控制最大能耗的变形;还有将泡沫铝填充入中空钢材中，可以防止部件承受载荷时出现严重的变形.与此同时，多孔铝兼具了吸音、耐热、防火、防潮等优势.2.2功能材料2.2.1过滤与分离材料根据多孔金属的渗透性，由多孔金属材料制作的过滤器可用来进行气-固、液-固、气-液、气-总第209期李欣芳，等:多孔金属材料的制备方法及应用研究13气分离.多孔金属的渗透性主要取决于孔的性质和渗透流体的性质.过滤器的原理是利用多孔金属的孔道对流体介质中粒子的阻碍作用，使得要过滤的粒子在渗透过程中得到过滤，从而达到净化分离的目的.铜、不锈钢、钛等多孔金属常用来制作金属过滤器，多孔金属过滤器被广泛应用于冶金、化工、宇航工业、环保等领域.在冶金工业中，通常用多孔不锈钢对高炉煤气进行除尘;回收流化床尾气中的催化剂粉尘;在锌冶炼中用多孔钛过滤硫酸锌溶液;熔融的金属钠所采用的是镍过滤器，此过程用于湿法冶炼钽粉等.在化工行业中，多孔不锈钢、多孔钛具有耐腐蚀性，常用作过滤器来进行过滤.比如一些无机酸或有机酸，如硝酸、亚硝酸、硼酸、96!硫酸、醋酸、草酸;碱、氢氧化钠;熔融盐;酸性气体，如硫化氢、气态氟化氢;一些有机物，如乙炔;此外，还有蒸汽、海水等.在宇航工业中，航空器的净化装置采用的是多孔不锈钢，制导舵螺中液压油和自动料管路中气体的净化也是采用这种材料，此外还可用于碳氢化合工艺中催化剂的回收.在环保领域里，主要是利用过滤器来净化烟气、废气及污水处理等方面.其中要实现气-气分离，需要对多孔材料的尺寸有更精准的要求，涉及到纳米多孔金属材料的制备工艺及其具有的性能等问题.奚正平等对洁净煤、高温气体净化、汽车尾气净化等技术作了具体的阐述，使用这些技术有利于缓解当前的环保问题.此外，医学上常用多孔钛可过滤氯霉素水解物，也可作为医疗器械中人工心肺机的发泡板等.2.2.2消音减震材料利用多孔金属材料的高孔隙率性能，可制作吸声材料.在吸声的作用上，通孔材料明显优于闭孔材料.通过改善声波的传播途径来达到消音的目的，这与多孔金属材料的材质和孔洞的结构密切相关.因为多孔钛还具有良好的耐高温、高速气流冲刷和抗腐蚀性能，所以被应用到燃气轮机排气系统等一些特殊的工作条件中，这种排气消声装置轻质、高效率、使用寿命长.段翠云等介绍了吸声材料的分类及应用，探讨了空气流阻和孔隙结构对吸声特性的影响. 王月等制备了孔径为2 ～ 7 mm，孔隙率为80!～90!，平均吸声系数为0. 4 ～ 0. 52 的泡沫铝，结果表明孔径越小，孔隙率、厚度越大，吸声性能越好. Ashby MF等在书中提到了利用泡沫金属的吸声性能可以生产消声器产品.利用多孔金属材料的抗冲击性，可用来制作减震材料.多孔金属的应力-应变(σ-ε)曲线可以分为三个阶段，即弹性变形阶段、脆性破碎阶段和紧实阶段，进而可以划分为三个区域.从曲线走势来分析，当多孔金属材料在受到冲击力时，应变滞后于应力，所以其在受到外界应力时首先变形的是它的骨架部分，随着外界应力的增大，骨架易发生破碎，当骨架受到挤压时，应变不再发生很大的变化.其中破碎阶段的起点为多孔材料的屈服强度.当受到外加载荷时，孔的变形和坍塌会消耗大量能量，从而使得在较低的应力水平上有效地吸收冲击能.中间部分区域表现出它的能量吸收能力，左边部分区域面积表现出它的抗冲击能力，面积越大，它所属的性能越好.2.2.3电极材料由于多孔金属材料具有高孔隙率、比表面积大等优点，因此常用来制作电极材料，常用的有多孔铅、镍等.刘培生等结合多孔金属电极的类型和特点，阐述了其制备工艺和性能强化的必要性，值得深思.多孔铅可用作铅酸电池中反应物的载体，可以填充更多的活性物质，减轻了电池重量，也可以用作良好的导电网络以降低电池内电阻.轻质高孔隙率的泡沫基板和纤维基板，与传统的烧结镍基板相比有明显的优势，前者有高能量密度、良好的耐过充放电能力、低成本，满足了氢镍、镉镍等二次碱性电池的技术要求.多孔镍在化学反应工程中用作流通性和流经型多孔电极，因为它除具有上述优点外，还可以促进电解质的扩散、迁移以及物质交换等.此外，它还可用作电化学反应器.袁安保等具体分析了镍电极活性物质的结构、性质以及热力学和动力学，而且研究了它的制备工艺及应用，对MH-Ni电池的开发具有重要意义.孔德帅等制备出了纳米多孔结构的镍基复合膜电极，结果表明，此复合膜在20A·g-1的冲放电流密度下，经过1000次充放电循环，电容保持率为94!.近年来，对锌镍电池的研究受到了国内外的热切关注，费锡明等针对锌镍电池制作技术的进展，阐述了当前面临的诸多问题并提出了相应的解决方案，为新型化学电池的进一步研究提供了重要线索.2.2.4催化载体材料泡沫金属韧性强、高传导、耐高温、耐腐蚀等性能，可制作催化载体材料.由于载体本身的比表面积较小，为增大金属载体与催化剂活性组分之间的结合力，需预先在载体上涂上一层氧化物.然后将催化剂浆料均匀涂抹在泡沫金属片的表面，经过压制成型，再将其置于高温环境中，可以使电厂废弃料得到有效妥善处理.2.2.5生物医学材料多孔钛及钛合金在医学上作为修复甚至替代骨组织的材料，需要具有较好的生物相容性，否则会使人体产生不良反应.而且要与需替代组织的力学性能相匹配.一般通过控制孔隙的结构和数量来调整多孔钛的强度和杨氏模量.多孔镁在生物降解和生物吸收上有很好的作用，也可作为植入骨的生物材料.此外，多孔金属材料具有良好的电磁波吸收性能，可以作电磁屏蔽材料;对流体流量控制有较高的精准度;具有独特的视觉效果，利润高，可以用作如珠宝、家具等装饰材料.3、多孔金属材料的研究现状及存在问题1)近些年来对多孔金属的研究多为低熔点、轻金属，其中研究最多的为泡沫铝.人们利用多孔金属的性能，将其运用到了实际生产和生活中，但对它的其他性能还有待研究和探索.多孔金属的研究范围、应用领域还需要进一步扩展，如多孔金属在催化领域、电化学领域或其他领域的应用等.2)在多孔金属材料的制备方法中，都存在孔隙在金属基体上的数量和分布等关键问题.孔径尺寸、孔隙率的可控性和孔隙分布的均匀性等性质，以及多孔金属的作用机制还需要进一步探究和完善.3)多孔金属材料作为冶金和材料科学的交叉领域，需要强化综合多方面的理论知识，而不是就单一方面进行研究.在多孔金属材料课题研究过程中，需要在理论分析的基础上，在实践过程中尽可能降低成本，避免材料的浪费，简化工艺，缩短工序.4)一些多孔金属材料的开发，还停留在实验室阶段，距工业中大规模生产和应用还存在着很大距离，需要研究者们共同努力，早日实现需求-设计-制备-性能-应用一体化.对金属多空材料的应用有着重要的作用，金属多孔材料是有着功能和结构双重属性的工程材料，尤其是在近些年的'发展过程中使其得到了较为广泛的应用。
多孔泡沫金属材料的性能及其应用摘要:多孔泡沫金属是一种在金属基体中含有一定数量、一定尺寸孔径、一定孔隙率的孔洞的金属材料.由于其结构特殊,因此具备了多方面的特殊性能。
作为结构材料,它具有轻质、高比强度的特点;作为功能材料,它具有多孔、减振、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种物理性能,因此在国内外一般工业领域及高技术领域都得到了越来越广泛的应用.本文对这种多孔泡沫金属材料的性能及其应用进行了较为全面的介绍。
关键词:多孔泡沫金属;性能;应用0多孔泡沫金属是近几十年发展起来的一种功能材料,对其概念或分类学术界不尽统一,但基本上有如下定义方式:多孔泡沫金属是一种金属基体中含有一定数量、一定尺寸孔径、一定孔隙率的金属材料.概括起来,主要有如下分类方式:(1)按孔径和孔隙率的大小分为两类:多孔金属和泡沫金属.孔径小于013mm,孔隙率在45%～90%的,称为多孔金属(porousmetal);而孔径在015～6mm,孔隙率大于90%的,称为泡沫金属(foammetal);(2)按孔的形状特征进行分类:具有通孔结构的称为多孔金属,具有闭孔结构的称为胞状金属(cellu2larmetal).但用得最多的是多孔金属和泡沫金属,且多数作者都将两者视为等同的概念.目前更为合适的名称为多孔泡沫金属(porousfoammetal)[1-3].多孔泡沫金属材料实际上是金属与气体的复合材料,正是由于这种特殊的结构,使之既有金属的特性又有气泡特性,综合表现为能量吸收性(如吸音、减震等)、渗透性、阻燃耐热性、轻质等,故一直被期望用于建筑材料、吸音材料、减震材料、过滤器材料、电池电极材料等方面.如果在气孔结构的工艺控制、短流程连续化工业生产等关键性技术方面取得突破,多孔泡沫金属材料将为金属材料及其它相关领域带来革命性进展1多孔泡沫金属材料的结构特点[4]泡沫金属的孔径一般较大,011～10mm或更大(一般粉末冶金金属孔径不大于0.3mm)。
孔隙率较高,一般随其种类不同而不同,在40%～98%的范围内变化。
直接发泡法制作的泡沫金属,孔隙率在40%～60%左右,而通孔的海绵态泡沫金属的孔隙率可高达98%。
随孔隙率的提高,泡沫金属的密度降低,泡沫金属的密度低,一般只有同体积金属的1/10～3/5。
它的比表面积则较大,为10～40cm2/cm3。
例如孔隙率大于63%的泡沫铝合金,其密度可达1以下,能够浮于水面上.2多孔泡沫金属的性能及其应用泡沫金属材料的性能主要取决于气孔在基体材料内的分布情况,包括气孔的类型、形状、大小、数量、均匀性、以及比表面积等.多孔泡沫金属材料自问世以来,作为结构材料,它具有轻质、高比强度的特点;作为功能材料,它具有多孔、减振、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种物理性能[5];因此它在国内外一般工业领域及高技术领域都得到了越来越广泛的应用。
2.1渗透性能及应用渗透性是高孔隙率材料在过滤、液-液分离、噪声抑制等方面的关键性能。
泡沫金属中闭孔的数目对渗透性的影响较大,只有那些具有通孔结构的泡沫材料才有渗透性能,另外,渗透性还与孔径大小、孔的表面光洁度、渗透物体的性质(如黏度、流速)、渗透压力等因素有关.因其多孔性可将其应用于化学过滤器(如滤掉液体、气体中的固体颗粒等)、供净化水使用的气化处理器、自动加油的含油轴承、带香味的装饰品等。
通过对泡沫金属孔结构(如孔隙度、孔径大小、通孔度等)的调整,可以获得不同透过性能要求的泡沫金属材料。
2.2消声减震性能及应用[6-8]具有通孔结构的泡沫金属材料,当有声波或机械振动波进入时,孔内介质(一般为空气)在声波作用下产生周期性的震动而与孔壁摩擦形成摩擦热,孔内介质在声波作用下发生压缩─膨胀形变也使部分声能变为热能,这种能量转换是不可逆的,对消声起主导作用;另外,泡沫材料本身也可以因弹性震动而消耗一部分声能;又由于泡沫材料具有的特殊结构,使其具有改变声源特性的功效,可以使难以消除的中低频段噪声峰值移向高频段,这些特征均为采用常规手段进一步降低气流噪声提供了有利条件。
与其它的消音材料相比,泡沫金属具有其它材料无法比拟的优良性能。
首先,可耐高达780℃的高温,且受热时也不会释放有毒物质,非常有利于环境保;其次,其刚性很大,可制成独立的消音板材;第三,不受潮,不易污染,即使受到污染也很容易清洗,即可恢复原貌;第四,回收再生性强,对资源的有效利用与保护环境极为有利,且由于它是一种超轻型材料,便于运输和施工与装配。
利用这些性能特点可以制作各种环保消声材料。
一般来说,泡沫金属孔隙率越高,孔直径越小,消声减震性越好。
其消声能力虽不及玻璃棉、石棉等,但后者存在长期使用易老化、吸湿后消声能力下降等缺点,而泡沫金属材料具有不燃烧、重量轻、强度较高等优点,是相对优良的消声减震材料。
国外泡沫金属材料在吸声方面也有较多的应用,日本在泡沫金属的应用上取得了一系列的成果,用它生产列车的发电室、工厂的降噪装置。
由于对频率大于800Hz的噪声有很强的消声能力,可用它来生产空压机的消声器材,另外还可用它来生产公路的防声壁、工厂的防声墙、机械防声屏、门内消声件、影响室及需要降低噪声的场合等等。
在国防领域的武器装备中还可以制作鱼雷的隔音板,减小鱼雷的噪音。
利用其减振、阻尼性能,做缓冲器、吸振器,例如宇宙飞船的起落架、升降机传送安全垫、各种包装箱,特别是空运包装箱,机床床身、底座、减小齿轮振动和噪声的阻尼环、高速磨床吸能内衬。
2.3电学性能及应用[9]泡沫金属由金属骨架孔隙所构成,组织极不均匀,应力-应变曲线中含有一段很长的平台区,因而它是一种具有很高能量吸收特性的高阻尼材料,如果在孔中填充入高分子聚合物,其阻尼特性更高.阻尼特性随比表面积的增大(小孔径,高孔隙率)而增大.海绵泡沫金属材料由于具有粗细均匀的三维骨架结构,没有烧结多孔金属材料的那种缩颈现象,因此它的导电率要比同样孔隙率的烧结多孔金属材料大。
在能源材料方面,随着能源危机及绿色革命的兴起,以太阳能电池和电动汽车电池为龙头的开发研究必定为化学电源的发展带来新的契机.轻量化、高比能、高吸收转化率的电池材料的开发成为这一发展的关键,烧结多孔电极存在孔隙率不高、活性物质利用率低、电极强度不够、电极制造工艺复杂等不足,采用更高孔隙率的泡沫金属材料作为化学电源电极的结构材料,应该是化学电源的一次革命.2.4热传导性能及应用泡沫金属材料孔隙中存在有低导热系数的空气介质,其导热性随着孔隙率的增加而呈指数下降的趋势,一般的金属或合金的导热系数为10W～300W/m.K,而多孔泡沫金属材料的表观导热系数为金属或合金的011～0101倍。
泡沫金属材料的导热系数介于金属材料与隔热材料之间,闭孔结构的绝热性能优于通孔结构。
具有通孔结构的泡沫金属置于流动的空气或液体之中时,由于其大的表面积、复杂的三维流动,使之具有很好的散热能力,在自然对流的条件下,在一定范围内增大孔径、孔隙率均有利于提高对流换热能力。
因其散热性能优异,已用其制作了散热器等部件。
2.5耐热抗氧化性能及其应用[10]泡沫金属一般有高的耐热性能,即使温度达到基体合金的熔点也不溶解,例如,ALMAG合金的使用温度范围为560～640℃,但是ALMAG合金的泡沫合金在大气中加热到1400℃也不溶解。
烧结多孔金属材料由于是以粉末为原料烧结而成的,容易在颗粒之间产生腐蚀、氧化,而海绵态泡沫金属材料具有光滑的骨架表面、均匀的材质,所以它具有与无孔金属大致一样的耐热抗氧化性能[11]。
在建筑业中使用的材料要求具有良好的绝热性能,泡沫金属材料在这一方面要比泡沫塑料或其它的复合材料优秀的多。
因其具有轻质、耐热且不易燃烧的特点,所以在房屋建筑中用它来制作室内外装修与天花板的材料,可有效防止意外火灾中造成的巨大损失。
其它方面的应用也在日趋发展。
由于泡沫金属在韧性和热导率方面的优势,是催化载体材料的又一选择[12],如将催化剂浆料涂于薄的泡沫金属片表面,后通过成型(如轧制)和高温处理,可以用于电厂废气氮氧化物(NOX)等的处理.2.6抗冲击性能及其应用泡沫金属材料具有独特的网状、无方向性多孔结构,而又无反弹作用。
多孔性特征使它具有特殊的压缩应力─应变特性,从而具备了优良的吸能性能,相应的抗冲击性能也就优于其它材料。
泡沫金属材料在受到外界压力时存在三个变形阶段,即弹性变形阶段、脆性破碎阶段和紧实阶段,因而当泡沫金属材料受到冲击时,应变强烈滞后于应力[13]。
在弹性变形阶段,泡沫金属因受到外界压力而发生弹性变形,变形的主要部分为它的骨架部分;而在脆性破碎阶段,当外界压力超过它的弹性承载能力时,极易发生骨架破碎,在此阶段,应力增加不大而应变却因骨架的破碎迅速增加;在紧实阶段,由于骨架的破碎而被挤压到一起,此时泡沫金属实际上成为实体金属,当应力增加时,应变基本上没有太大的变化。
泡沫金属材料有理想的冲击吸收性能,根据密度的不同,泡沫金属的吸能能力可达490KJ/m3～3430KJ/m3,所以这种材料是一种有效的防撞与防震材料,在精密仪器包装中具有非常好的应用前景[14]。
2.7电磁屏蔽性能及其应用的电磁屏蔽性能远比纯铁、含铜粉涂料的优良,泡沫铝对电磁波具有优良的屏蔽作用,特别是对高频电磁波的屏蔽效果更好。
由于它具有这种良好的屏蔽性能,用它可以建造电子装备室、电子设备等。
日本用KEC法测定ALPORASRCO5泡沫铝的屏蔽效果,结果发现它的屏蔽作用远高于导电性涂料与导电性材料。
因其优异的电磁屏蔽性能,已将其用于制作电子仪器外壳和电屏蔽室等结构。
2.8高比强度性能及其应用[15]由于在金属基体中存在许多大大小小的孔隙,因此使这种材料明显有重量轻。
密度低的特点。
泡沫铝的密度范围在012～015g/cm3,其平均值只有铝的1/10。
泡沫金属材料具有轻质、高比强度的优点,可用其制作浮水器、运动器材(如雪橇等)、航空航天飞行器的相应零件。
据有关资料报道,用多孔泡沫金属材料制造飞行器,不但有减轻重量、节省能源的好处,而且还有一个优点,即当空间站结束其使命时可以让它重返大气层,在大气层中迅速彻底地燃烧,化成气体,减少空间垃圾。
2.9生物医学材料利用Ti或Co-Cr合金泡沫与人体的生物相容性,可用于人体骨骼或牙齿的替代材料,Mg泡沫也有望作为人工骨头的材料[16],多孔Ni-Ti形状记忆合金由于好的机械性能、耐腐蚀性能和形状记忆效应,也可作为人体骨骼的替代物[17].3前景展望泡沫金属虽然已有近50年的历史,但是对泡沫金属的研制和开发大都以轻金属为对象,尤其以泡沫铝的研究最为广泛。
这是由于铝及其合金熔点低、铸造性能好、金属液易处理等特点。
另外可以制作泡沫金属的材料还有Cu、Zn等低熔点金属及其合金,但这些材料远不如泡沫铝的研究开发进行的广泛。
