粉末冶金多孔材料

供稿|賈成廠，金成海/ JIA Cheng-chang，JIN Cheng-hai

概 述

多孔材料，顧名思義就是有很多孔的材料，是由材料實(shí)體與孔隙構(gòu)成的相互貫通或封閉的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如果孔隙之間是相互相通的，則稱(chēng)為開(kāi)孔；如果孔隙與孔隙之間是完全隔開(kāi)的，則稱(chēng)為閉孔；也有些孔隙則是半開(kāi)半閉的。

粉末冶金多孔材料，又稱(chēng)多孔燒結(jié)材料，由金屬或合金粉末 (球狀或不規(guī)則形狀)，或短纖維，經(jīng)成形、燒結(jié)制成。材料內(nèi)部孔道縱橫交錯(cuò)、互相貫通，一般有 30%～60% 的孔隙度，孔徑 1～100 μm。常用的金屬或合金有青銅、不銹鋼、鐵、鎳、鈦、鎢、鉬以及難熔金屬化合物等。做成的制品有坩堝狀、碟狀、管狀、板狀、薄膜等。粉末冶金多孔材料導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好，透過(guò)性能好，耐高溫與低溫，抗熱震，抗介質(zhì)腐蝕?？捎糜谥圃爝^(guò)濾器、多孔電極、滅火裝置、防凍裝置等。圖1 是多孔鋁，圖2 是多孔鎳。

多孔材料的優(yōu)異性能

力學(xué)性能

由于粉末冶金多孔材料中存在大量的孔隙，所以其密度顯著減小。例如多孔鋼的密度與致密材料相比能夠減輕 34.2%。鋁合金多孔材料或鎂合金的的密度可以小于 l g/cm3，當(dāng)材料的外表致密時(shí)，則可以浮出水面。

圖1 多孔鋁

圖2 多孔鎳

粉末冶金多孔材料密度低，比強(qiáng)度 (強(qiáng)度與密度之比) 大，廣泛應(yīng)用于機(jī)械工具和交通運(yùn)輸工具等領(lǐng)域。多孔材料軋制而成的板材，可以制作汽車(chē)、機(jī)器的蒙皮，取代目前所用的板材。應(yīng)用在航天、航空業(yè)也有較大的優(yōu)勢(shì)。在飛機(jī)中，如果將一些致密材料改用多孔材料，就能夠在維持同等性能的條件下，將其重量大幅度減小。

能量吸收特性

粉末冶金多孔材料具有很多致密金屬所難以具備的功能，例如能吸收能量，起緩沖的作用。機(jī)械波及機(jī)械振動(dòng)的傳播性能在有孔隙結(jié)構(gòu)的多孔材料中傳播時(shí)會(huì)發(fā)生變化，就是說(shuō)，當(dāng)波傳播至材料的致密部分與孔隙的界面時(shí)，就會(huì)有反射和折射的發(fā)生。多孔材料能夠起到阻波的作用，這是由于孔隙的存在而增多了反射、折射與衍射的機(jī)會(huì)。可以依據(jù)這種性質(zhì)將粉末冶金多孔材料制作隔音材料、減振材料和抗爆炸沖擊材料。利用粉末冶金多孔材料所具有的能量吸收特性，可以將其用來(lái)制造能量吸收器、減震緩沖器等，應(yīng)用于機(jī)械工程和車(chē)輛工程，當(dāng)它們受到突然的沖擊時(shí)，可避免或減少惡性事故的發(fā)生。

光電性能

粉末冶金多孔材料具有獨(dú)特的光學(xué)性能與電學(xué)性能。例如，微孔的多孔硅材料在激光的照射下能夠發(fā)出可見(jiàn)光，有希望成為制造新型光電子元件的理想材料。利用多孔材料的特殊光電性能，還可以制作燃料電池的多孔電極，這種電池被認(rèn)為是很有前途的下一代汽車(chē)能源裝置。

透過(guò)性、滲透與吸附性

粉末冶金多孔材料具有良好的透過(guò)性，選擇性的滲透與吸附性。

孔隙能透過(guò)氣、液介質(zhì)?，F(xiàn)在已經(jīng)制造出具有規(guī)則形狀與排列、且孔的尺寸和方向都能夠控制的多孔材料。將粉末冶金多孔材料制成分子篩，例如用于高效氣體分離膜、可重復(fù)使用的特殊過(guò)濾裝置等。

每種氣體或液體分子的直徑不同，運(yùn)動(dòng)的自由程也不同，因此，不同孔徑的多孔材料對(duì)不同氣體或液體的吸附能力也就不同。利用這種性質(zhì)，可以制作出用于水凈化、且可重復(fù)使用的高效液體分離膜。

化學(xué)性能

由于粉末冶金多孔材料內(nèi)部有很多孔，所以其活性一般會(huì)增加。基于具有分子識(shí)別功能的多孔材料會(huì)產(chǎn)生人造酶，從而能夠大幅度提高催化反應(yīng)的速度。由于孔隙的存在，燒結(jié)多孔材料力學(xué)性能等可能會(huì)不如致密金屬，但由于比表面增大，有些性能卻比致密金屬好得多，如熱交換能力、電化學(xué)活性、催化作用等。多孔材料還具有熱交換效率高、電化學(xué)活性、聲阻性、抗介質(zhì)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。

止振性能

粉末冶金多孔材料內(nèi)部存在的大量氣體，使得當(dāng)材料接收到振動(dòng)源的能量時(shí)，會(huì)在材料內(nèi)部產(chǎn)生很大的內(nèi)耗，從而將傳遞來(lái)的能量化解掉。粉末冶金多孔材料還具有很好的吸聲能力，所以廣泛應(yīng)用于隔離噪音源的材料，如鋁合金多孔材料、鎂合金多孔材料可應(yīng)用于潛水艇內(nèi)的隔墻，能夠很好地防止聲納的跟蹤。用于人流嘈雜地方的天花板，可以大幅度地降低噪音。該材料將來(lái)還可以用于汽車(chē)等交通工具上，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音。

其他性能

粉末冶金多孔材料還具有孔徑和孔隙度均可控制、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、可焊接和加工、電磁波吸收特性良好、對(duì)氣體敏感等特性，所以粉末冶金多孔材料在通訊工程，環(huán)保工程等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。利用仿真技術(shù)開(kāi)發(fā)的粉末冶金多孔材料人工骨骼，具有生物材料的特性，所以可以作為人體理想的骨骼材料。

多孔材料的性能參數(shù)表征

多孔材料的最大特點(diǎn)是“多孔”?？椎奈锢斫Y(jié)構(gòu)有三種：(1) 孔全部被封，孔與孔之間由材料實(shí)體隔開(kāi)；(2) 孔與孔被“半封住”，即相鄰的孔之間的固體墻壁內(nèi)部，藏有狹小的通道，氣體或液體分子可以經(jīng)過(guò)這些小管子在孔之間通過(guò)，但是比較費(fèi)勁；(3) 孔與孔之間有很寬敞的通道，氣體或液體分子可以在整個(gè)孔隙中自由流通。

為了保證多孔材料的性能，需要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。其主要參數(shù)有孔隙度、最大孔徑、平均孔徑、孔徑分布、孔隙形狀和比表面。對(duì)材料的力學(xué)性能和各種使用性能有決定性影響的因素當(dāng)然首先是材質(zhì)，但材料的多孔結(jié)構(gòu)也是重要的參數(shù)。孔隙是由粉末顆粒性狀與工藝條件所決定的，所以原料粉末的物理和化學(xué)性能，尤其是粉末顆粒的尺寸、尺寸分布和形狀，是決定多孔結(jié)構(gòu)以及最終使用性能的主要因素。對(duì)于多孔結(jié)構(gòu)參數(shù)，有多種測(cè)定方法。

孔隙度。是指孔隙的含量，一般使用體積分?jǐn)?shù)。是由 1 減去相對(duì)密度而得，相對(duì)密度則是實(shí)際密度 (包含孔隙) 與理論密度的比值。

孔徑。是指孔隙的尺寸大小。常用的測(cè)量方法有氣泡法、氣體透過(guò)法、吸附法和汞壓法等。選擇測(cè)定方法時(shí)應(yīng)盡量與使用條件相接近。流體透過(guò)多孔體的運(yùn)動(dòng)在層流條件下流速與壓力梯度成正比，與流體黏度成反比，其比例常數(shù)就是透過(guò)系數(shù)，該系數(shù)反映了多孔材料透過(guò)能力。燒結(jié)多孔材料的透過(guò)能力隨貫通孔隙度的增大、孔徑的增大、多孔體厚度的減小、以及流體黏度的減小而增大。燒結(jié)金屬多孔材料的力學(xué)性能隨孔隙度的增大及孔徑的增大而下降，而且，力學(xué)性能對(duì)孔的形狀非常敏感，這是由應(yīng)力集中所造成的?？紫抖纫欢〞r(shí)，孔徑小的多孔材料透過(guò)性小，但強(qiáng)度大。過(guò)濾精度也稱(chēng)為阻截能力，是指透過(guò)多孔體的流體中的最小固體顆粒尺寸?？讖椒植际敲枋霾煌叽缈紫兜拇嬖跔顩r的參數(shù)，也是判斷多孔結(jié)構(gòu)是否均勻的依據(jù)。對(duì)于過(guò)濾材料，要求在有足夠強(qiáng)度的前提下，盡可能增大透過(guò)性與過(guò)濾精度。根據(jù)這些原理，可以采用分級(jí)的球形粉末為原料，制成均勻的多孔結(jié)構(gòu)，用粉末軋制法制造多孔的薄帶與焊接薄壁管，還有粗孔層與細(xì)孔層組合的雙層多孔材料。

比表面。是指材料的表面積與質(zhì)量或體積的比值。常用低溫氮吸附法和流體透過(guò)法來(lái)測(cè)定。

粉末冶金多孔材料的制備工藝

一般說(shuō)來(lái)，可以選用球形和不規(guī)則形狀的粉末或金屬纖維，作為制造多孔材料的粉末原料。采用球形粉末作為原料時(shí)，獲得的多孔材料流體阻力小、結(jié)構(gòu)均勻、再生性好；而采用不規(guī)則形狀粉末或纖維作為原料時(shí)，能夠制造孔隙度更高的材料，且力學(xué)性能較好。制造多孔材料的成形壓力和燒結(jié)溫度一般會(huì)略低于制造燒結(jié)致密材料，這是為了獲得具有理想結(jié)構(gòu)的多孔結(jié)構(gòu)。

所選用粉末的平均粒度、粒度分布、顆粒形狀等對(duì)于所制備多孔材料的孔徑、強(qiáng)度等性能起著很大的作用。對(duì)原料粉末進(jìn)行預(yù)處理是為了獲得預(yù)定的微觀組織結(jié)構(gòu)與性能，預(yù)處理包括退火、粒度分級(jí)、球化與球選、加入各種造孔劑、潤(rùn)滑劑、增塑劑等。成形固結(jié)工藝可以采用模壓–燒結(jié)工藝；如果是簡(jiǎn)單異形制品，則可以選用松裝燒結(jié)工藝進(jìn)行成形；對(duì)于厚度為 0.1～3 mm 的板、帶、管，可以采用粉末軋制工藝；對(duì)于異形長(zhǎng)制品，可以采用粉末擠壓工藝；對(duì)于異形大制品，可以采用等靜壓制工藝；對(duì)于復(fù)雜異形制品，可以采用粉漿澆注工藝。如果是金屬纖維作原料，可以使其在液體中沉積，得到均勻分布的纖維氈，然后壓制、燒結(jié)成金屬纖維多孔材料。制造泡沫金屬 (孔隙度更大的材料) 時(shí)，是將原料粉末、發(fā)泡劑、固化劑等一起均勻混合成形，固化和燒結(jié)。由于在加熱過(guò)程中發(fā)泡，所以可獲得理想的組織與性能。泡沫金屬的孔隙度可高達(dá) 90% 以上?？梢赃x用不同粒度的粉末制作不同孔徑的雙層或多層結(jié)構(gòu)的材料，還可以將粉末與金屬網(wǎng)或纖維一起成形，制成纖維增強(qiáng)材料，能夠改善多孔材料的綜合性能。

粉末冶金多孔材料的應(yīng)用

粉末冶金多孔材料中的孔隙，是一種有用的結(jié)構(gòu)。當(dāng)孔隙為連通開(kāi)孔時(shí)，孔隙可以作為“倉(cāng)庫(kù)”或“通道”。前者的典型應(yīng)用例子為燒結(jié)金屬含油軸承[1]，后者的典型應(yīng)用例子為過(guò)濾器。當(dāng)孔隙為閉孔時(shí)，孔隙內(nèi)充滿(mǎn)了空氣，多孔材料主要用于隔熱、隔音材料。

氣體和液體過(guò)濾

粉末冶金多孔材料中的孔隙允許流體 (氣體或液體) 以及小于一定尺寸的固體顆粒通過(guò)，將大于該尺寸的固體顆粒截留，就是說(shuō)，能夠利用其多孔的過(guò)濾分離作用凈化液體和氣體。例如用來(lái)凈化飛機(jī)和汽車(chē)上的燃料油和空氣；化學(xué)工業(yè)上各種液體和氣體的過(guò)濾；原子能工業(yè)上排出氣體中放射性微粒的過(guò)濾等。

粉末冶金多孔材料作為過(guò)濾器，具有以下優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的透過(guò)性能，過(guò)濾速度大；孔徑與孔隙度可以控制，過(guò)濾精度高、分離效果好，用于儀器、儀表可以精確地控制流體的流動(dòng)；強(qiáng)度高、韌性好，適用于高壓環(huán)境；抗腐蝕性能好，適用于多種酸、堿等腐蝕性介質(zhì)；再生性能好，再生后過(guò)濾性能恢復(fù) 90% 以上，可重復(fù)多次使用；使用壽命長(zhǎng)。

除了可以對(duì)一般的氣體和液體過(guò)濾之外，還可以進(jìn)行高溫燃?xì)獾膬艋^(guò)濾。如果多孔材料的材質(zhì)是高熔點(diǎn)金屬或陶瓷，還可以用于冶煉鑄造時(shí)熔融金屬的過(guò)濾。

當(dāng)多孔材料的孔隙小到介孔尺度時(shí)，還可以作為分子篩來(lái)分離氣體。

表1 是一些多孔材料過(guò)濾器的使用溫度范圍與適用環(huán)境。

圖3 是多孔材料過(guò)濾器的實(shí)例。圖4 是分子篩制氧設(shè)備。

固體催化劑

利用粉末冶金多孔材料的比表面大且具有支撐強(qiáng)度等特點(diǎn)，可以制作高效催化劑或催化劑載體，應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)。發(fā)生在兩相界面上的催化作用。通常催化劑為多孔固體材料，反應(yīng)物為液體或氣體。在多相催化反應(yīng)中，固體催化劑對(duì)反應(yīng)物分子發(fā)生化學(xué)吸附作用，使反應(yīng)物分子得到活化，降低了化學(xué)反應(yīng)的活化能，而使反應(yīng)速率加快。多孔材料具有較大的比表面積，能夠促進(jìn)催化作用。

能量吸收

使用多孔材料的典型能量吸收裝置是緩沖器及吸震器，可以用于航天工業(yè)中宇宙飛船的起落架、升降機(jī)、汽車(chē)的防沖擋、傳送器安全墊、高速磨床的防護(hù)罩吸能內(nèi)襯等。

粉末冶金多孔材料制成的元件使用于汽車(chē)沖擊區(qū)，能夠控制能耗的變形，以保護(hù)側(cè)面沖擊。在中空鋼材等外殼中充入鋁多孔材料，能夠使部件在服役時(shí)具備良好的變形行為。車(chē)體或發(fā)動(dòng)機(jī)的一些部件采用粉末冶金多孔材料，可以減輕重量并維持較高的剛性。汽車(chē)追求低比重和高能量吸收能力，相應(yīng)的材料倍受青睞。使用粉末冶金多孔材料材料，可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的高能量吸收。

表1 一些多孔材料過(guò)濾器的使用溫度范圍與適用環(huán)境

圖3 燒結(jié)金屬過(guò)濾器

圖4 分子篩制氧設(shè)備

粉末冶金多孔材料在能量吸收方面的又一重大應(yīng)用例是消音材料。該類(lèi)消聲材料具有的良好的聲性能，可以與最好的聲控材料聚合物泡沫相媲美，而且能適用于高溫。粉末冶金多孔材料作為吸聲材料，具有優(yōu)良的吸聲效率、透聲損失、透氣性、耐火性、以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等力學(xué)性能。有機(jī)材料在雨水條件下吸聲效率易于下降，陶瓷等燒結(jié)材料的抗沖擊性能差，在有些情況下不能滿(mǎn)足要求。而粉末冶金多孔材料具有優(yōu)異的性能，可以既作外表裝飾，又作吸聲材料,所以被廣泛用于建筑、自動(dòng)辦公設(shè)備、無(wú)線電錄音室等。

圖5 是使用了多孔減震材料的坦克。圖6 是使用了吸聲材料的體育館。

圖5 坦克 (使用有多孔減震材料)

圖6 使用了吸聲材料的某大學(xué)體育館

電極材料與屏蔽材料

粉末冶金多孔材料材料還可以用作電極材料。各種蓄電池、燃料電池、空氣電池中，大都采用多孔鎳作為電極。

與傳統(tǒng)燒結(jié)基板材料相比，粉末冶金多孔材料材料輕質(zhì)高孔率，能夠使材料的消耗與極板質(zhì)量大幅度降低，且能夠提高能量密度。粉末冶金多孔銅可作電解銅還原的陰極、電有機(jī)合成電極；粉末冶金多孔鎳具有良好的電解質(zhì)擴(kuò)散、遷移和物質(zhì)交換性能，可以用作化學(xué)反應(yīng)工程中的流通性和流經(jīng)性多孔電極。該類(lèi)材料用于電化學(xué)反應(yīng)器，可以增加電極表面粉末冶金多孔鉛可以用作鉛酸電池的活性物質(zhì)支撐體，使電極結(jié)構(gòu)大大減輕。

具有良好的電磁波吸收性能的粉末冶金多孔材料，可用于電磁屏蔽、電磁兼容等器件。孔隙相互連通的三維網(wǎng)狀銅或鎳,透氣散熱性好，比重小，屏蔽性能優(yōu)于金屬網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)窗的屏蔽效果，且體積比波導(dǎo)窗小，適合于在移動(dòng)式的儀器設(shè)備中使用。

圖7 是使用了多孔材料的小型燃料電池。圖8 是燃料電池混合動(dòng)力汽車(chē)。

圖7 小型燃料電池

圖8 混合動(dòng)力汽車(chē)

流體分布與控制

粉末冶金多孔材料作為流體分布裝置也得到了廣泛的應(yīng)用。例如采用多孔不銹鋼控制火箭鼻錐體偏航指示儀外殼；粉末冶金多孔材料可以用于磁帶處理設(shè)備中的漂浮塑性膜的氣浮輥筒。青銅、鎳、蒙乃爾合金、不銹鋼等粉末燒結(jié)多孔板已廣泛應(yīng)用于流體分布板。粉末冶金多孔材料還可以用作流體控制，例如氣體或液體的計(jì)量器、自動(dòng)化系統(tǒng)中的信號(hào)控制延時(shí)器等。還用于流體分布裝置，熱交換器，加熱器，散熱器，結(jié)構(gòu)材料，生物材料等。

熱交換

粉末冶金多孔材料具有很大的比表面積，是熱交換和與加熱的有效材料，可以用作熱交換器、加熱器、散熱器，表現(xiàn)出很高的效率和優(yōu)良的使用性能。粉末冶金多孔鋼可應(yīng)用的溫度區(qū)間很寬，可制作汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管。粉末冶金多孔材料耐火性好，還具有與阻火能力協(xié)調(diào)的高滲透性，可作為防止火焰沿管道蔓延的優(yōu)質(zhì)材料，制成滅火器。

結(jié)構(gòu)材料

粉末冶金多孔材料具有適宜的強(qiáng)度、延展性與可加工性，可用作輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，尤其是使用溫度超過(guò) 200℃ 的場(chǎng)合。粉末冶金多孔鋁很早就用于飛機(jī)夾合件的芯材。在航空和導(dǎo)彈工業(yè)中，多孔網(wǎng)狀金屬被用作輕質(zhì)、傳熱的支撐結(jié)構(gòu)件。還可以焊接、電鍍或膠粘于結(jié)構(gòu)體，制作成夾層構(gòu)件，用作飛機(jī)機(jī)翼金屬外殼的支撐體、導(dǎo)彈鼻錐的防外殼高溫倒坍支撐體、雷達(dá)鏡的反射材料等。在建筑領(lǐng)域，粉末冶金多孔材料可以制作輕、硬、耐火的元件、欄桿或支撐體。粉末冶金多孔銅易且于變形，所以適合于制作緊固器。粉末冶金多孔材料還可采用許多有機(jī)和無(wú)機(jī)材料作為增強(qiáng)體?？茁蕿?6%～30% 的 Fe 或 Ni 增強(qiáng)鋁合金多孔材料可用于內(nèi)燃機(jī)引擎。此外，粉末冶金多孔材料還可作鑲板、殼體和管體的輕質(zhì)芯， 制成多種層壓復(fù)合材料。

圖9 是信號(hào)控制延時(shí)器。圖10 是美國(guó)的導(dǎo)彈鼻錐。

圖9 信號(hào)控制延時(shí)器

圖10 導(dǎo)彈鼻錐

生物材料

鈦對(duì)人體無(wú)害，且有較好的生物相容性，粉末冶金多孔鈦材料大量用于醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)，例如多孔鈦髓關(guān)節(jié)用于矯形術(shù)，多孔鈦種植牙根用于牙缺損的修復(fù)， W-Cr-Ni 合金復(fù)合體用于多孔復(fù)合心瓣體等。

國(guó)際最新研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)

孔徑的微細(xì)化

對(duì)于金屬多孔材料，過(guò)濾與分離是其最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)材料的過(guò)濾精度要求也越來(lái)越高，如食品、飲料行業(yè)要求過(guò)濾精度達(dá)到微米級(jí)水準(zhǔn)，生物、醫(yī)藥用過(guò)濾介質(zhì)達(dá)到亞微米乃至納米水平。因此，過(guò)濾孔徑逐步向微細(xì)化、納米化的方向發(fā)展。美國(guó) MOTT 公司的燒結(jié)金屬粉末等效孔徑已經(jīng)到達(dá) 5 nm ，比利時(shí) BEKAERT 的燒結(jié)金屬纖維氈等效孔徑可以做到 1 μm ，日本 NICHIDAI 司的燒結(jié)金屬絲網(wǎng)等效孔徑最小達(dá)到 2～3 μm。

孔結(jié)構(gòu)的梯度化

常用的粉末冶金多孔材料有金屬粉末多孔材料、金屬纖維多孔材料等，其孔結(jié)構(gòu)一般為簡(jiǎn)單的無(wú)序結(jié)構(gòu)。隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，不斷地出現(xiàn)了各種形式的梯度結(jié)構(gòu)或復(fù)合結(jié)構(gòu)。最早的梯度復(fù)合金屬多孔材料是金屬?gòu)?fù)合絲網(wǎng)材料，孔隙分布均勻，具有很高的整體強(qiáng)度與剛性，耐腐蝕、耐高溫、可折疊，滲透性能好，再生性能好，使用壽命長(zhǎng)，且在外力作用下不容易發(fā)生變形。

材質(zhì)的合金化、復(fù)合化

早期的粉末冶金多孔材料的材質(zhì)主要是銅、鎳、青銅、黃銅等，第二次世界大戰(zhàn)后開(kāi)始了對(duì)多孔不銹鋼的研究，20 世紀(jì) 60～90 年代，不銹鋼、鎳合金、鈦及鈦合金的多孔材料，以及特殊用途的銀、鎢、鉭、難熔金屬化合物的多孔材料都得到了迅速發(fā)展，尤其是不銹鋼多孔材料，得到了大規(guī)模的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，粉末冶金多孔材料的材質(zhì)正在向著合金化方向發(fā)展，各類(lèi)不同性能的粉末冶金多孔材料應(yīng)運(yùn)而生。

粉末冶金多孔材料材質(zhì)的另一發(fā)展趨勢(shì)是復(fù)合化，復(fù)合化是實(shí)現(xiàn)多功能化的途徑之一。復(fù)合化包括金屬與合金復(fù)合的多孔材料、金屬與陶瓷復(fù)合的多孔材料、金屬與有機(jī)物復(fù)合的多孔材料等。

國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀和水平

中國(guó)在粉末冶金多孔材料方面的研究有近40年的歷史，特別是在鈦材、不銹鋼的粉末燒結(jié)多孔制備和精密絲網(wǎng)多孔燒結(jié)技術(shù)方面，處于先進(jìn)行列。目前，中國(guó)已經(jīng)形成了頗具規(guī)模的燒結(jié)金屬多孔濾材生產(chǎn)能力，燒結(jié)金屬多孔材料的年需求量大約 5 億人民幣。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國(guó)年產(chǎn)青銅過(guò)濾元件已超過(guò) 100 萬(wàn)件，不銹鋼過(guò)濾元件的有效過(guò)濾面積超過(guò) 4m2，鎳及鎳合金過(guò)濾元件接近 1 萬(wàn)件，燒結(jié)鈦過(guò)濾元件超過(guò) 2 萬(wàn)件。

多年來(lái)，中國(guó)西北有色金屬研究院和鋼鐵研究總院 (安泰科技股份有限公司) 致力于金屬多孔材料新產(chǎn)品的研制，開(kāi)發(fā)了許多品種的金屬過(guò)濾材料制品。近年來(lái)， 西北有色金屬研究院在金屬纖維氈的研制及產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)方面取得了突破性進(jìn)展，已實(shí)現(xiàn)了金屬纖維及制品產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)，建成了國(guó)內(nèi)最大的金屬纖維及制品科研，生產(chǎn)和檢測(cè)基地，形成了較大的生產(chǎn)能力。在多孔復(fù)合催化材料制備方面，鋼鐵研究總院承擔(dān)了國(guó)家“ 十五” “863” 科技項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展了金屬多孔催化過(guò)濾材料制備研究及其在高溫?zé)煔獬龎m、脫硫、脫硝中的應(yīng)用，取得了很好的效果。鋼鐵研究總院與北京化工研究院共同開(kāi)展了金屬多孔催化蒸餾構(gòu)件的研制，在碳三催化加氫工藝中的應(yīng)用取得良好效果。

目前，中國(guó)己經(jīng)形成了頗具規(guī)模的生產(chǎn)粉末冶金多孔材料的能力，但是，高精度、高性能的粉末冶金多孔材料市場(chǎng)大部分被美國(guó)、德國(guó)、比利時(shí)和日本等國(guó)的一些著名公司所控制，其原因是中國(guó)對(duì)金屬多孔材料的本征特性研究不足，對(duì)在服役條件下的孔結(jié)構(gòu)和介質(zhì)的綜合作用機(jī)理缺乏研究，難以提供有效的理論判據(jù)和實(shí)驗(yàn)手段來(lái)支撐實(shí)際應(yīng)用工作。

[1]賈成廠. 燒結(jié)金屬含油軸承. 金屬世界,2011(1)：28-34

[2]湯慧萍, 談萍, 奚正平, 等. 燒結(jié)金屬多孔材料研究進(jìn)展. 稀有金屬材料與工程,2006, 35(S2)：428-431

[3]劉培生, 李鐵藩, 傅超, 等. 多孔金屬材料的應(yīng)用. 功能材料, 2001, 32(1)：12-15

[4]席本強(qiáng). 多孔材料的特性分析. 科技信息(科學(xué)教研), 2007, 23：316-329