泡沫金屬材料的性能與應(yīng)用分析

彭圣軒

湖南長(zhǎng)沙麓山國(guó)際實(shí)驗(yàn)學(xué)校

泡沫金屬材料的性能與應(yīng)用分析

彭圣軒

湖南長(zhǎng)沙麓山國(guó)際實(shí)驗(yàn)學(xué)校

泡沫金屬材料有著獨(dú)特的熱電性能、力學(xué)性能和聲學(xué)性能，是多種結(jié)構(gòu)裝置的可選材料，在多個(gè)領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。本文主要針對(duì)泡沫金屬材料的性能與應(yīng)用進(jìn)行分析。

泡沫金屬材料 性能 應(yīng)用

1 引言

多孔泡沫金屬是內(nèi)部存在一定數(shù)目、大小孔徑的金屬材料。因?yàn)樽陨愍?dú)特的金屬結(jié)構(gòu)，使其擁有了許多特殊的性能，它能夠作為結(jié)構(gòu)材料使用，也能作為功能材料，它具有質(zhì)量輕強(qiáng)度高的特點(diǎn)，同時(shí)也能減震、吸音、緩沖、屏蔽電磁的能力。因此在高新技術(shù)應(yīng)用和研究領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用。筆者通過(guò)對(duì)多孔泡沫金屬材料的研究，向讀者詳細(xì)介紹其性能和應(yīng)用。

2 多孔泡沫金屬材料

多孔泡沫金屬材料是隨著科技發(fā)展出現(xiàn)的新型功能材料，對(duì)于它的分類(lèi)和定義許多學(xué)者存在爭(zhēng)議，但是總的來(lái)說(shuō)，多孔泡沫金屬就是在金屬內(nèi)有一定數(shù)目和大小的孔徑的金屬材料，可以根據(jù)金屬內(nèi)部孔徑和孔隙率的大小分為多孔金屬和泡沫金屬，也可以根據(jù)孔洞的形狀分為多孔金屬和胞狀金屬。多孔泡沫金屬實(shí)際上是金屬與氣體共同形成的，既含有金屬的性質(zhì)也兼容了氣泡的性質(zhì)，在多個(gè)領(lǐng)域都有著很好的應(yīng)用。

3 性能及應(yīng)用

3.1 滲透性能及應(yīng)用

多孔泡沫金屬的性質(zhì)與氣孔以及其孔徑在金屬內(nèi)的分布情況有關(guān)，在多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。滲透性是高孔隙率材料在液體分離、噪音吸收方面的關(guān)鍵性能，泡沫金屬中的閉孔數(shù)目對(duì)滲透性有很大的影響，只有完全相通的孔徑才具有滲透性，此外滲透性還與滲入液體以及孔徑的光滑程度，滲透壓力等有關(guān)。因此泡沫金屬的多孔性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于氣固分離、凈化水等方面，通過(guò)對(duì)金屬的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變可以獲得用于不同方面的泡沫金屬材料。

3.2 消聲減震性能及應(yīng)用

多孔泡沫金屬材料的通孔結(jié)構(gòu)內(nèi)一般由空氣填充，當(dāng)聲波或振動(dòng)波進(jìn)入時(shí)就會(huì)使空氣與孔壁進(jìn)行摩擦產(chǎn)生熱量，消耗聲波和振動(dòng)波的能量，實(shí)現(xiàn)消聲減震的作用，而且金屬材料的微型形變也能消耗一部分聲能，對(duì)于無(wú)法消除的中低端噪聲可以將其轉(zhuǎn)換為高頻噪聲，再通過(guò)常規(guī)手段進(jìn)行消除。與其他消聲材料相比，泡沫金屬完全不必?fù)?dān)心由聲能轉(zhuǎn)變熱能帶來(lái)的溫度提升，而且也不會(huì)產(chǎn)生任何有害物質(zhì)，健康環(huán)保。它的剛性很大，可以制成消音板用于建筑施工，此外，它不易被污染，具有可回收能力，并且便于運(yùn)輸。雖然消聲能力與石棉還有所差距，但是多孔泡沫金屬?zèng)]有石棉易老化、吸水后消聲能力下降的缺點(diǎn)。國(guó)際上泡沫金屬材料被廣發(fā)應(yīng)用在列車(chē)的發(fā)電室、工廠(chǎng)的降噪裝置以及其他降低噪聲的場(chǎng)合，甚至用于魚(yú)雷的隔音板。

3.3 電學(xué)性能及應(yīng)用

泡沫金屬的金屬骨架內(nèi)存在孔隙，組織不均勻，受力情況也不均勻，它具有吸收能量的特性可以作為高阻尼材料，如果在孔隙內(nèi)填充高分子聚合物，阻尼特性會(huì)更高。隨著科技的發(fā)展，能源問(wèn)題成為了世界頭疼的難題，輕量化、高比能的化學(xué)電源材料的研發(fā)必將成為解決能源問(wèn)題的途徑，而將多孔泡沫金屬用于制作化學(xué)電源電極，應(yīng)該是一次技術(shù)上的巨大變革。

3.4 熱傳導(dǎo)性能及應(yīng)用

泡沫金屬的內(nèi)部孔隙中的填充物一般是空氣，而空氣作為一種低導(dǎo)熱系數(shù)物質(zhì)，使得泡沫金屬的整體導(dǎo)熱性下降，并且隨著孔徑的增多下降的越明顯。泡沫材料的導(dǎo)熱系數(shù)一般處于金屬材料和隔熱材料之間，而且多孔泡沫金屬內(nèi)部的孔徑可以是空氣或液體進(jìn)行三維流動(dòng)，使其快速降溫，所以在條件允許的情況下，采用孔徑多的、孔隙率大的泡沫金屬材料，換熱能力會(huì)更好。由于多孔泡沫金屬的散熱性能，被廣泛用于制作散熱器機(jī)器部件。

3.5 抗沖擊性能及應(yīng)用

泡沫金屬材料的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)使得他具有了獨(dú)特的壓縮應(yīng)力應(yīng)變能力，能夠很好地吸收能量，抗沖擊能力也比其他材料更好。

泡沫金屬材料的應(yīng)用已經(jīng)有多年的歷史，但是尚未真正實(shí)現(xiàn)規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)應(yīng)用，在我國(guó)國(guó)內(nèi)，這一現(xiàn)象更加的明顯，除了性能、制備技術(shù)、成本等因素之外，在泡沫金屬產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，還要充分發(fā)揮出多性能特點(diǎn)組合的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行合理的數(shù)值模擬分析，對(duì)各類(lèi)材料的性能進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，還可以采用系統(tǒng)化的新材料新投資評(píng)估體系，如材料投資方法學(xué)，對(duì)可能的應(yīng)用及投資等進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估，縮短投資開(kāi)發(fā)周期，降低風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)泡沫金屬材料產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

4 前景展望

多孔泡沫金屬雖然經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，但是研究和開(kāi)發(fā)的方向是以輕金屬為主，尤其是對(duì)于泡沫鋁的研究更為深入。因?yàn)殇X的熔點(diǎn)較低，具有很好的鍛造性能，不會(huì)污染環(huán)境，此外一些低熔點(diǎn)的金屬也十分適合制作泡沫金屬，但是發(fā)展進(jìn)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于泡沫鋁的研究。從當(dāng)前我國(guó)在這一領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，雖然多孔泡沫金屬在某些部門(mén)得以重視并應(yīng)用，但是應(yīng)用情況也只是利用了多孔泡沫金屬的部分性能，仍然有許多優(yōu)秀性能沒(méi)有被利用，而且目前多孔泡沫金屬的開(kāi)發(fā)利用狀況都還局限在實(shí)驗(yàn)研究方面，想要徹底投入生產(chǎn)，并且形成工廠(chǎng)化，還需要進(jìn)一步的研究和開(kāi)發(fā)。

[1]吳志根,趙長(zhǎng)穎,顧清之.多孔介質(zhì)在高溫相變蓄熱中的強(qiáng)化換熱[J]. 化工學(xué)報(bào).2012(S1)

[2]張雪梅,蔡路茵,蘇忠杰,平傳娟,鐘英杰.超聲波對(duì)三水醋酸鈉相分離及結(jié)晶的影響[J].化工學(xué)報(bào).2010(01)

[3]李琳,李東旭,張毅,張樹(shù)鵬.脂肪酸/膨脹珍珠巖復(fù)合相變材料的制備與性能表征[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2016(04)

[4]李云濤,晏華,汪宏濤,余榮升,胡志德.復(fù)合相變材料的制備及其對(duì)磷酸鎂水泥水化熱的影響[J].功能材料.2016(07)