多孔金屬材料的制備及應(yīng)用研究

程立堯（湖南師大附中， 湖南 長(zhǎng)沙 410000）

多孔金屬材料的制備及應(yīng)用研究

程立堯（湖南師大附中， 湖南 長(zhǎng)沙 410000）

多孔金屬材料被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，材料的制備方法顯得尤為重要，本文列舉了幾種多孔金屬材料制備方法，分析其在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，以表現(xiàn)多孔金屬材料的特征與優(yōu)越性。

金屬材料；配備方法；研究

多孔金屬材料是工程領(lǐng)域中應(yīng)用多的材料之一，早在上個(gè)世紀(jì)八十年代，就已經(jīng)成為非常重要的高性能、力學(xué)性能優(yōu)越的材料，還廣泛應(yīng)用在工業(yè)以及其他生產(chǎn)領(lǐng)域，在高端技術(shù)支持下，多孔金屬材料物理性能、密度、剛度更加良好，將金屬相分為不同單元，從而具備更高吸附性與降噪性能，當(dāng)前，多孔金屬?gòu)V泛應(yīng)用在高溫過(guò)濾器、熱交換器等設(shè)備制造中，更作為一種隔熱材料應(yīng)用在航天、汽車(chē)、建筑等領(lǐng)域。下面本文將對(duì)多孔材料制備與應(yīng)用具體研究。

1　常見(jiàn)的多孔金屬材料制備方法

多孔金屬材料之所以具備更優(yōu)越性能，與各種制備工藝密不可分，自從Soknik在鋁中融入到汞元素以后生成了泡沫鋁以后，多孔金屬材料才開(kāi)始引發(fā)人們注意。產(chǎn)生了以下幾種不同的制備方法。

（1）直接吹氣法 這種方法操作最為簡(jiǎn)單，需要應(yīng)用到一個(gè)吹氣裝置，在裝置底部開(kāi)始吹，將氣體從底部吹進(jìn)到裝置內(nèi)，會(huì)在裝置內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡，使用傳輸帶對(duì)核心泡沫進(jìn)行傳送，直到泡沫冷卻成固定產(chǎn)品。技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于需要控制好產(chǎn)生泡沫的溫度區(qū)間，并要有適當(dāng)?shù)娜荏w粘度，這樣才能產(chǎn)生穩(wěn)定性更強(qiáng)的泡沫，不易破碎［1］。在制備時(shí)需要保證預(yù)制塊的孔隙率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，需達(dá)到6%，還要使斷面氣孔排列保持均勻，使溫度能夠上升到裝置頂端，保溫最適宜時(shí)間為3min，3min以后及時(shí)將溫度調(diào)制到結(jié)晶溫度區(qū)間，使用溫火預(yù)處理，能夠使空隙率增加至60%左右。

（2）溶體發(fā)泡法 在應(yīng)用溶體發(fā)泡法時(shí)也需要按照工藝流程操作，可以使用這種方法的多孔金屬有很多，比如，熔化合金屬錠，需要金屬具備一定的粘度，然后與發(fā)泡劑充分?jǐn)嚢杈鶆?，保溫片刻，再進(jìn)行冷卻。這一制備方法需要注意保持溶體粘度與熔點(diǎn)溫度，分散劑的添加量要適宜，常見(jiàn)增粘劑有粉煤灰、AL粉、Ca粉等，還可以使用增加粘度的發(fā)泡劑［2］。

（3）兩步法 兩步法主要進(jìn)行發(fā)泡加熱與發(fā)泡預(yù)制兩個(gè)步驟。首先，對(duì)預(yù)制塊進(jìn)行制備，方法是向復(fù)合溶體中添加適量粉末能夠制備成塊，這是一種工藝，還有一種工藝是向金屬溶體中添加適量鈣粉也能與粉末一起制備成塊。其次，對(duì)預(yù)制塊加熱與保溫處理。在兩步法中，需要控制好以下技術(shù)操作：因?yàn)轭A(yù)制塊制備時(shí)僅有一小部分發(fā)泡劑能夠分解，并且一些發(fā)泡劑分解慢，使用新型發(fā)泡劑則能更好的控制分解溫度，這對(duì)于氣體分解效果來(lái)說(shuō)有著重要作用，還能與溶體充分反應(yīng)，增強(qiáng)氣泡穩(wěn)定性。

（4）滲流鑄造法 多孔金屬的制備需要及時(shí)、快速、簡(jiǎn)單，這樣才能實(shí)現(xiàn)大批量制備金屬，滲流鑄造法關(guān)鍵在于將鑄模內(nèi)的顆粒物質(zhì)去除，使顆粒之間建立一種三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多孔金屬相互連通。但是金屬存在較大張力，很難快速將顆粒縫隙填充，而使用壓力滲流法等新工藝則能解決這一問(wèn)題。使用這一工藝能夠制備出濃度更高、穩(wěn)定性更好的通孔泡沫鋅鋁合金，用于建筑結(jié)構(gòu)中能夠增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2　多孔金屬材料的應(yīng)用

通過(guò)以上多孔金屬制備方法的探究，表現(xiàn)了多孔金屬材料制備方法越來(lái)越多樣、先進(jìn)，并且材質(zhì)輕、表面積更大，融合材料功能與特點(diǎn)，使多孔金屬在眾多領(lǐng)域應(yīng)用。

（1）作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用 汽車(chē)、船舶制造、鐵路等行業(yè)廣泛應(yīng)用了多孔金屬材料，主要用來(lái)吸收能量與減振，還在生物醫(yī)學(xué)中扮演著重要角色。首先，作為能量吸收材料，能量吸收主要體現(xiàn)在屈服平臺(tái)區(qū)域內(nèi)的變化上，應(yīng)變曲線構(gòu)成了屈服平臺(tái)，曲線面積增大說(shuō)明能量吸收能力強(qiáng)，曲線寬說(shuō)明平臺(tái)吸收能量更多。車(chē)輛碰撞時(shí)能量吸收的部件應(yīng)用泡沫金屬，能夠達(dá)到更好的效果［3］。芯層中使用泡沫鋁合金，而在上下層中填充金屬薄板，形成一種三明治式的結(jié)構(gòu)層。其次，作為減震材料使用，實(shí)踐證明，多孔金屬抗沖擊能力非常強(qiáng)，也使之成為了減震材料制作的首選?？箾_擊能力可以從線彈性區(qū)中體現(xiàn)出來(lái)，如果彈性區(qū)的面積大，說(shuō)明材料具有較高的抗沖擊性，具有較好的減震性能。由此，應(yīng)用在汽車(chē)行業(yè)為減震設(shè)備提供支持，泡沫鎂是一種較為輕質(zhì)的多孔金屬材料，因?yàn)榫哂休^強(qiáng)的沖擊能吸收能力，在發(fā)生碰撞時(shí)能夠起到減震效果。

（2）作為功能材料 多孔材料作為電池電極材料應(yīng)用在電池制作當(dāng)中，泡沫鎳作為一種多電極材料能夠用在NiCd電池的制作當(dāng)中。各項(xiàng)實(shí)踐證明，電極法制作電池與電積法制作相比能夠制得更多孔隙率，能夠使電極表面積增大，從而使放電流密度減少，將電極的各項(xiàng)性能參數(shù)提高了。因?yàn)槎嗫捉饘贊B透性較好，能夠進(jìn)行過(guò)濾與分離，也使多孔金屬材料更好的阻隔液體，進(jìn)而將固定以及顆粒懸浮物過(guò)濾出來(lái)，應(yīng)用在不銹鋼的制作當(dāng)中，增強(qiáng)材料純度與穩(wěn)定性。

3　結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)多孔金屬材料的制備方法進(jìn)行了研究，并描述了其在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用，體現(xiàn)了其在汽車(chē)制造以及電池生產(chǎn)、生物化工中有較大的應(yīng)用價(jià)值，需要進(jìn)一步研究與創(chuàng)新多孔金屬材料制備方法，為更多領(lǐng)域提供材料支持。

［1］盧天健，何德坪，陳常青，等.超輕多孔金屬材料的多功能特性及應(yīng)用［J］.力學(xué)進(jìn)展，2010，36（4）：517-535.

［2］劉培生，黃林國(guó).多孔金屬材料制備方法［J］.功能材料，2010，33（1）：5-8，11.

［3］孫富貴，陳花玲，吳九匯，等.多孔金屬材料高溫吸聲性能測(cè)試及研究［J］.振動(dòng)工程學(xué)報(bào)，2010，23（5）：502-507.

身份證號(hào)：430122199905140310

論文研究方向：材料科學(xué)與工程。

國(guó)家級(jí)論文：材料科學(xué)與工程論文。

國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利：一種材料科學(xué)與工程多媒體教學(xué)系統(tǒng)。

程立堯，男，漢族，理科。