多孔金屬材料的制備及應(yīng)用分析

胡肖肖

摘?要： 多孔金屬材料的主要成分是金屬基體，使之和許多空隙組成材料，其結(jié)構(gòu)分布非常優(yōu)良和實(shí)用，在諸多領(lǐng)域中都得到良好的應(yīng)用。在當(dāng)代的多孔金屬材料制備與研究中，如何提升材料的性能成為主要的研究課題，為增強(qiáng)其應(yīng)用效果，加強(qiáng)對(duì)多孔金屬材料的制備研究非常重要。本文從多孔金屬材料的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，并對(duì)多孔金屬材料的制備過(guò)程及應(yīng)用過(guò)程加以研究，旨在推動(dòng)我國(guó)多孔金屬材料工業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 多孔金屬材料;制備過(guò)程;應(yīng)用過(guò)程

【中圖分類號(hào)】TG14?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.34.252

引言：在現(xiàn)代材料科學(xué)的研究中，探索新材料一直是科學(xué)工作者的研究重點(diǎn)，由于多數(shù)天然材料中都具有多孔結(jié)構(gòu)并且其性能較為優(yōu)異，所以現(xiàn)代工業(yè)中出現(xiàn)了人造多孔金屬材料，在近年中成為現(xiàn)代科學(xué)所關(guān)注的焦點(diǎn)。多孔金屬材料被稱為泡沫金屬，其密度較小但孔隙率較高，表面積較大，作為一種多功能性的結(jié)構(gòu)材料，多孔金屬材料常被應(yīng)用于吸收噪音或屏蔽電磁的場(chǎng)所，屬于性能較優(yōu)的多用途材料，在現(xiàn)代材料學(xué)領(lǐng)域中的實(shí)用位置不可取代。

1?多孔金屬材料的相關(guān)內(nèi)容

多孔金屬材料具有發(fā)達(dá)的孔隙，兼?zhèn)淞私Y(jié)構(gòu)的支撐性與多孔吸附性，具有較好的應(yīng)用效果，依照材料的性質(zhì)劃分，多孔材料具有金屬和非金屬兩種，而多孔金屬材料在建筑中的應(yīng)用較為常見(jiàn)，其結(jié)構(gòu)支撐性非常好，兼具了結(jié)構(gòu)材料、功能材料的雙重功能，所以多孔金屬材料的應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，在石油化工及醫(yī)藥紡織等工程領(lǐng)域中皆有涉及。

2?多孔金屬材料的材料制備

2.1?鑄造法

目前有關(guān)多孔金屬材料的鑄造工藝主要包括以下幾種，分別是熔融金屬發(fā)泡、滲流和熔模鑄造。其中熔融金屬發(fā)泡工藝又能夠劃分為氣體以及固體發(fā)泡兩類，通過(guò)加入粘稠劑的手段，在熔融金屬中添加發(fā)泡物質(zhì)并攪拌，攪拌期間把控好速率，便能夠有效提高發(fā)泡的均勻程度，在一些熔點(diǎn)不高的金屬材料制造中應(yīng)用效果較為明顯。氣體發(fā)泡技術(shù)指的是在金屬的底部吹入氣體并添加固體小顆粒，通過(guò)這種工藝方法提高金屬黏度。這種鑄造工藝相比之下成本投入較少且操作較為便利，但材料的孔隙度、規(guī)格等條件控制難度較大，固體發(fā)泡則是通過(guò)將金屬氫化物的手段使其在金屬中受熱并分解氣體，從而達(dá)到發(fā)泡的處理效果。滲透與熔模鑄造的工藝原理大體上相同，都是將液態(tài)的金屬注入模器中，之后利用熱處理的工藝方法清理掉內(nèi)部的雜質(zhì)，最終能夠獲得多孔性結(jié)構(gòu)金屬，這種方法中常用的金屬顆粒是一種具有可溶性特征的顆粒物，通過(guò)這一方式能確保多孔金屬材料的空隙度的控制效率，通常被應(yīng)用于不銹鋼等材料的制備中，但這兩種方法的制備成本相對(duì)較高[1]。

2.2?燒結(jié)法

金屬燒結(jié)法主要是將一些可以燃燒的物質(zhì)加入至金屬材料內(nèi)，之后利用高溫?zé)Y(jié)的方式析出這些材料，在可燃燒物質(zhì)析出后，金屬材料內(nèi)部便會(huì)產(chǎn)成空隙，使得金屬經(jīng)處理后變?yōu)槎嗫捉饘?。目前?yīng)用于金屬燒結(jié)工藝的可燃性物質(zhì)有粉末及纖維等有機(jī)物，根據(jù)既定的比例將這些物質(zhì)進(jìn)行混合，能夠獲取高密度的金屬物質(zhì)，在特定的高溫環(huán)境中進(jìn)行快速加熱，可以實(shí)現(xiàn)多孔金屬材料的制備。這種制備工藝相比之下更為便利，能夠按照多孔金屬材料空隙標(biāo)準(zhǔn)來(lái)調(diào)整燒結(jié)物的種類，但燒制的過(guò)程中需要保持高溫，所以整體來(lái)看成本投入較大。

2.3?沉積法

沉積法主要通過(guò)物化的方式將金屬沉積中容易分解的空隙有機(jī)物利用熱處理的方式進(jìn)行脫除，進(jìn)而獲取多孔金屬材料。在具體操作過(guò)程中常用的手段有以下三種，分別是電沉積法、氣相沉積法、反應(yīng)沉積法。電沉積法主要利用電化學(xué)的方法將金屬物質(zhì)沉積在三維網(wǎng)狀模板上，在脫除有機(jī)材料之后就可以得到網(wǎng)狀金屬材料。氣相沉積法則是通過(guò)蒸汽的方法使金屬能夠沉淀在金屬的基質(zhì)上，從而得到多孔金屬材料。反應(yīng)沉積法則通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在金屬化合物裝置中內(nèi)設(shè)泡沫結(jié)構(gòu)的方式，在發(fā)生反應(yīng)后附著在泡沫中，之后利用燒結(jié)法便可以得到多孔金屬材料[2]。

3?多孔金屬材料的應(yīng)用過(guò)程

3.1?結(jié)構(gòu)材料

多孔金屬材料的特性非常明顯，其比重較低而且結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度非常好，產(chǎn)品自身的導(dǎo)熱性較強(qiáng)，在汽車制造行業(yè)中常被應(yīng)用于零件制作中。同時(shí)，在航空航天等領(lǐng)域研究中，多孔金屬材料的也具有一定的應(yīng)用空間，由于多孔金屬材料中含有許多空隙，所以多孔金屬材料具有較好的吸收功能，對(duì)生活中的噪音、熱量都可以起到緩沖作用，如在汽車沖擊區(qū)內(nèi)安裝多孔金屬材料裝置，能夠在汽車受到?jīng)_擊時(shí)緩沖一部分能量，使汽車因沖擊而產(chǎn)生的形變會(huì)受到一定的控制，可以保護(hù)汽車駕駛者的人身安全。除此之外，在軍事設(shè)施的建造中，多孔金屬材料能夠吸收一定數(shù)量的電磁信號(hào)，從而達(dá)到“隱身”的效果。多孔金屬材料由于自身具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)的發(fā)展中會(huì)向其他行業(yè)逐漸融合[3]。

3.2?功能材料

多孔金屬材料具有較強(qiáng)的滲透性，所以在過(guò)濾和分離的操作中，可以有效的阻隔部分液體，從液體中分離出固體物質(zhì)及懸浮物，因此在冶金及化工等領(lǐng)域中具有極高的實(shí)用價(jià)值。多孔金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能較強(qiáng)，在催化劑載體材料中的應(yīng)用可以直接將催化劑涂在多孔金屬材料表面，在經(jīng)過(guò)高溫處理之后能夠得到催化劑顆粒，可以發(fā)揮有效的分離效果。多孔金屬材料也在電極材料的制作方面發(fā)揮作用，其孔隙率非常高，由于多孔金屬材料一般情況下表面積相對(duì)較大，所以其導(dǎo)電性能十分優(yōu)異。多孔金屬材料在未來(lái)的發(fā)展中也必然呈現(xiàn)出多元化的趨勢(shì)，作為新時(shí)代的一種功能性材料，其優(yōu)良的性能能夠呈現(xiàn)出良好的吸納性，在復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境中保持較好的功能作用，從而使其在多個(gè)領(lǐng)域中凸顯出一定的優(yōu)勢(shì)。

結(jié)束語(yǔ)：多孔金屬材料在現(xiàn)代材料科學(xué)的研究中成為重要的課題之一，其自身具備的出色性能成為當(dāng)代科學(xué)研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。在任何領(lǐng)域中，多孔金屬材料都可以發(fā)揮重要的實(shí)用優(yōu)勢(shì)，尤其是在航天、軍事等高科技領(lǐng)域中，多孔金屬材料具有較好的吸收輻射的作用，而在化工及冶金行業(yè)中，多孔金屬材料也具備廣泛的應(yīng)用前景。對(duì)此，相關(guān)科學(xué)研究人員應(yīng)當(dāng)深入研究多孔金屬材料的相關(guān)內(nèi)容，使之能夠在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中得到更廣闊的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]?劉湘雯.多孔金屬材料的制備及應(yīng)用分析[J].湖北農(nóng)機(jī)化，2019（12）：66.

[2]?楊雪娟，劉穎，李夢(mèng)，涂銘旌.多孔金屬材料的制備及應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報(bào)，2007（S1）：380-383.

[3]?譚月萌.多孔金屬材料的制備及應(yīng)用研究[J].科學(xué)大眾（科學(xué)教育），2016（11）：190.