多孔金屬材料的制備與應(yīng)用綜述

任德忠，李 波

（成都易態(tài)膜分離技術(shù)有限公司，四川 成都 610404）

多孔材料因其具有優(yōu)異的滲透性能，目前已成為了現(xiàn)階段迅速發(fā)展的熱點(diǎn)材料之一，按化學(xué)成分加以分類(lèi)，可以將其劃分出無(wú)機(jī)多孔材料和有機(jī)多孔材料等，無(wú)機(jī)多孔材料包括多孔陶瓷（如Al2O3）和多孔金屬材料等等[1]。多孔金屬材料主要是通過(guò)金屬機(jī)體和氣孔共同組成的新型多功能復(fù)合材料，這種材料在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中彰顯出減震、消音減噪等多種特征，因此被廣泛的運(yùn)用至多種領(lǐng)域，如化工、軍事和交通運(yùn)輸?shù)?。為獲取性能更佳的多孔金屬材料，針對(duì)于內(nèi)部孔徑的研究至關(guān)重要[2]。

1 多孔金屬的制備工藝

多孔金屬材料擁有著多種多樣的制備方法，針對(duì)于同一種金屬材料實(shí)際運(yùn)用到的制備工藝存在著明顯的差距，因此獲得的材料內(nèi)部氣孔孔徑和分布也呈現(xiàn)出較為顯著的差別，相應(yīng)的性能和實(shí)際應(yīng)用也會(huì)發(fā)生較為明顯的變化。可以依照不同的方法將其進(jìn)行合理的分類(lèi)：依照采取的制備工藝分析，可以將其劃分為鑄造法、沉積法和發(fā)泡法等；其次依照材料內(nèi)部形成的孔隙結(jié)構(gòu)存在的差異，可以將其劃分出開(kāi)孔多孔金屬和閉孔多孔金屬。再者，依照生成氣孔時(shí)金屬狀態(tài)存在的顯著差別，可以將其劃分為金屬熔體、粉末冶金法以及蒸汽等方法。

1.1 金屬熔體

此類(lèi)制備工業(yè)重點(diǎn)是將金屬基體逐步的融化，之后適當(dāng)?shù)募尤氲诙嘌趸?，保證其粘度大大增加，借助于攪拌的方式，讓原料適當(dāng)?shù)幕旌掀饋?lái)，在攪拌過(guò)程中將氣體及時(shí)注入到熔體中，從而形成對(duì)應(yīng)的氣孔。這類(lèi)方式較為簡(jiǎn)易，同時(shí)還體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性，但實(shí)際得到的多孔金屬產(chǎn)品孔結(jié)構(gòu)存在著不均勻的情況，力學(xué)性質(zhì)不達(dá)標(biāo)[3]。在獲取金屬熔體之后，可以適當(dāng)?shù)慕柚谔砑影l(fā)泡劑的方式進(jìn)行發(fā)泡處理，加熱之后使得發(fā)泡劑能夠進(jìn)行有效的分解，由此產(chǎn)生相應(yīng)的氣體，從而使得熔體及時(shí)的膨脹并發(fā)泡，冷卻之后便能得到相應(yīng)的多孔金屬。這種方式最為重要的點(diǎn)在于發(fā)泡劑和金屬熔體進(jìn)行了充分的攪拌之后，在實(shí)際混合的時(shí)候，分解的量應(yīng)該得到有效的控制，混合均勻后保證發(fā)泡的階段可以產(chǎn)生較多的氣體。

1.2 粉末冶金法

在進(jìn)行多孔金屬制備過(guò)程中，以金屬粉末為原料，并適當(dāng)?shù)奶砑酉鄳?yīng)的發(fā)泡劑，制備出相應(yīng)的多孔金屬材料。通過(guò)與發(fā)泡劑的合理搭配，在嚴(yán)格的按照相應(yīng)的比例進(jìn)行充分的混合之后，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)膲褐瞥尚?，使其成為相?duì)緊實(shí)的坯體，將其適當(dāng)加熱到混合物的臨界熔點(diǎn)溫度，保證金屬塊在進(jìn)行融化的時(shí)候發(fā)泡劑可以產(chǎn)生相對(duì)于明顯的氣體，由此得到了優(yōu)良孔隙的多孔金屬材料。這種方法在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中獲取的多孔金屬材料具有較高的孔隙率，孔隙的分布狀態(tài)較為均勻，根據(jù)相關(guān)的研究證實(shí)，在運(yùn)用此類(lèi)方法的時(shí)候，可以積極的運(yùn)用金屬纖維替代金屬粉末，在保證孔隙率一定的情況下燒結(jié)所需要的多孔金屬，這種金屬的強(qiáng)度要比金屬粉末實(shí)際獲取的多孔金屬?gòu)?qiáng)度更強(qiáng)。

1.3 沉積制備工藝

1.3.1 金屬蒸汽

這種工藝技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中是借助于真空或者是具有著較高惰性的氣體實(shí)現(xiàn)的其他金屬的制備，讓其在相對(duì)于特殊的聚合物上進(jìn)行沉積，由此獲取具有著特定厚度的金屬沉積層。當(dāng)這樣的沉積層經(jīng)過(guò)冷卻之后，借助于化學(xué)方式對(duì)于聚合物的基底加以去除，從而獲取多孔金屬材料。此類(lèi)制備工藝對(duì)于設(shè)備的具體要求較高，并且成績(jī)的速度較為遲緩，能夠產(chǎn)生較高的成本[4]。

1.3.2 金屬離子

這類(lèi)方法借助于電化學(xué)的手段，及時(shí)的將金屬沉積在相對(duì)容易分解的多孔有機(jī)物中，通過(guò)加熱的方式使得有機(jī)物去除，經(jīng)過(guò)最后的燒結(jié)獲取多孔金屬。因?yàn)槎嗫子袡C(jī)物存在著不導(dǎo)電的性質(zhì)，因此需要將其適當(dāng)?shù)倪M(jìn)入到導(dǎo)電溶液中，由此完成相應(yīng)的電鍍處理，也就是在多孔有機(jī)物的表面適當(dāng)?shù)腻兩弦粚咏饘?，確保具備導(dǎo)電性。此類(lèi)制備工藝實(shí)際獲取的材料體現(xiàn)出較低的密度，同時(shí)具有著較高的空隙率，孔隙分布相對(duì)均勻。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外普遍使用此類(lèi)制備工藝，并將其投入到大規(guī)模生產(chǎn)實(shí)踐中。

2 多孔金屬材料的具體應(yīng)用

2.1 醫(yī)用領(lǐng)域

多孔金屬具有著較為明顯的過(guò)濾分離功能，因此在抗菌素藥物生產(chǎn)的過(guò)程中，可以適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用相應(yīng)的材料，采取多孔鈦管進(jìn)行氯霉素水解物過(guò)濾等操作。此外還能借助于多孔金屬材料實(shí)際具備的開(kāi)放多孔狀結(jié)構(gòu)，比如鈦合金制備的多孔材料，考慮其與人體組織呈現(xiàn)出較為優(yōu)良的相容性，并且不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生任何的有害作用，且自身具備的優(yōu)良機(jī)械強(qiáng)度，可以借助于孔隙率的合理調(diào)整與人體天然的骨骼相匹配，體現(xiàn)出良好的減震效果，因此被廣泛地運(yùn)用至生物醫(yī)學(xué)骨科植入物等具體的治療實(shí)踐中。

2.2 建筑領(lǐng)域

在多數(shù)的項(xiàng)目建設(shè)實(shí)踐中，多孔金屬材料體現(xiàn)出較為優(yōu)良的性質(zhì)，其具備著輕質(zhì)、高強(qiáng)和耐火阻燃等特性，因此可以彰顯出較為理想的承重能力和防火功能，在具體運(yùn)用的過(guò)程中能夠規(guī)避火災(zāi)事故。

伴隨著建筑材料日益多元，多孔金屬材料受到了廣泛的關(guān)注，其在具體運(yùn)用的過(guò)程中，適當(dāng)?shù)奶钛a(bǔ)了傳統(tǒng)保溫材料的不足之處，彰顯出較為優(yōu)良的視覺(jué)效果，因此被工業(yè)人士給予了高度關(guān)注，同時(shí)受到了設(shè)計(jì)師的認(rèn)可[5]。

2.3 汽車(chē)及航天領(lǐng)域

多孔金屬材料屬于較為理想的結(jié)構(gòu)材料，因此可以適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用至汽車(chē)和航天領(lǐng)域。其具備著較為理想的高度標(biāo)準(zhǔn)和吸音性能，如多孔鋁已經(jīng)在汽車(chē)上得到了廣泛的應(yīng)用，德國(guó)汽車(chē)公司研制的三明治式復(fù)合多孔鋁制車(chē)頂蓋板對(duì)比于傳統(tǒng)的鋼構(gòu)件體現(xiàn)出較為理想的剛度，相應(yīng)的重量大大減輕。

此外，多孔金屬還具備著較為理想的阻燃和電磁屏蔽的性能，可在航天工業(yè)中發(fā)揮出具體的利用價(jià)值，比如適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用多孔金屬材料取代蜂窩結(jié)構(gòu)材料，在制作飛機(jī)機(jī)翼金屬外殼的時(shí)候，可以適當(dāng)?shù)睦么祟?lèi)材料，體現(xiàn)出較為優(yōu)良的支撐效果。還包括宇宙飛船的起落架和宇航員空間行走的保暖裝置等均可以采取多孔金屬材料。

3 結(jié)語(yǔ)

在工業(yè)水平穩(wěn)步提升的今天，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步受到廣泛關(guān)注，人們開(kāi)始在科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)之上，探尋符合工業(yè)發(fā)展的新模式，新型材料的出現(xiàn)滿足了人們更高的要求。多孔金屬材料的應(yīng)用價(jià)值尚未被全部開(kāi)發(fā)，仍有較大的探索空間，等待著人們?nèi)シe極的了解此類(lèi)材料的實(shí)際利用價(jià)值和優(yōu)良的性能。多功能復(fù)合材料現(xiàn)已成為必然的發(fā)展趨勢(shì)，因此還需要結(jié)合當(dāng)前國(guó)家工業(yè)化生產(chǎn)的整體趨勢(shì)，積極的關(guān)注新型材料的合理開(kāi)發(fā)和利用，使其為國(guó)家的能源、國(guó)防和建筑等各個(gè)產(chǎn)業(yè)提供有效的支持。