超輕多孔金屬材料在軍事上的應用

邱亮+劉堯函

摘 要：隨著加工技術和材料制備的逐漸發展，使得超輕多孔金屬出現了新的物理特性而產生一種新型材料。超輕多孔金屬這種新型材料的具有良好的可塑性和可改造性，可以依據實際需要在新型材料生產前對材料的結構進行有目的性的設計和組合優化，這樣超輕多孔金屬的多功能的特性會更好的發揮作用。超輕金屬的機械性能也很優良。文章通過對超輕金屬多孔材料的發展與回顧，闡述了超輕多孔金屬材料的特點與發展趨勢，并對其在軍事領域的應用做以研究。

關鍵詞：超輕；多孔材料；泡沫金屬；軍事

1 超輕金屬多孔材料的分類與性能

相對于傳統的材料，超輕金屬多孔材料的結構千變萬化，這種材料的孔隙率非常的高的且孔徑的大小由毫米到微米甚至到納米級。

1.1 超輕

由于超輕金屬多孔材料的孔隙率很高，這樣導致超輕多孔材料的密度不如傳統材料大，由于多孔材料的分子結構千變萬化，因此材料的制備方法也是千變萬化，但是超輕金屬多孔材料的孔隙率會更大大致在90%-99%之間，這個數據我們可以看出在最小密度可以達到只占基體材料的1%，導致材料的本身很輕。

1.2 高強韌、耐撞擊

經過的大量的試驗數據表明，超輕多孔金屬材料是比較耐撞擊和韌性很強的材料，在對這種材料的樣本進行試驗分析時，材料的承受壓力時的應力變化和應變變化在塑性變性階段幾乎不變，在材料承受壓力時將能量轉化為熱能最終以散熱的形勢耗散。此外超輕多孔金屬材料具有很強的韌性，這樣的特性可以防止材料存在裂紋和缺陷時出現材料的破壞，有利于對材料進行探傷檢測和監控。

1.3 高比強、高比剛度

在航空工業已得到廣泛應用的蜂窩鋁層合板殼（閉孔）有很好的機械性能，但其價格昂貴（蜂窩鋁的國際市場價格～$4000/kg，是閉孔泡沫鋁的100-1000倍），同時其性能有很強的方向性。人們發現制造成本相對低得多的點陣材料的比剛度幾乎可與蜂窩材料相媲美（見圖1），而其比強度甚至更高。

圖1 各種最輕重量結構的比較

1.4 高效散熱、隔熱

超輕多孔金屬材料還具有散熱、隔熱的特殊性能，這種材料是熱的良導體，是優良的傳熱介質，可以再材料遭受高密度熱流時進行散熱和隔熱，由于超輕多孔技術材料的孔隙率比較大。因此在結構孔隙中填充隔熱纖維，就可以達到散熱和隔熱的目的，這樣的特性得到航空工業的熱捧，在航天結構隔熱部件的領域達到很好的應用。

1.5 吸聲性能

經過對超輕多孔金屬材料的反復試驗研究表明，這種材料具有良好的吸聲性能，而且在一定范圍的孔徑范圍內材料的吸聲效果會更好，與其他吸聲材料進行比較，超輕多孔材料的優勢更加的明顯，超輕多孔金屬的高強度和剛度以及耐高溫、隔熱、耐腐蝕特性顯而易見。

此外，多孔金屬擁有大量的內部空間，還較易實現多功能集成。由此可見，超輕多孔金屬材料比傳統材料優勢明顯很多，在很多的領域都在使用超輕多孔金屬材料，對我國國防工業、航空工業都起著至關重要的作用。

2 超輕金屬多孔材料在軍事上的應用

2.1 作為板材的應用

超輕多孔金屬材料在軍事上也得到了應用，利用材料的強度、剛度以及延性的特點將超輕材料制作成不銹鋼夾心層結構，這種材料制成的金屬板比其他材料制成的金屬板相比較具有材質輕、剛度高、強度高，這種材料制成的金屬板具有隔熱、散熱、耐高溫以及吸聲效果好的特點，現在在軍事上采用超輕金屬多孔材料制成的金屬板來制作單片防火墻以防止發動機艙熱量和噪音影響乘務人員，也可以制成管狀可以用做軍用汽車消聲器和排氣裝置。

2.2 作為減振、降噪材料應用

超輕多孔金屬材料在減震和降低噪音方面也是效果很好的，這種材料應用在降噪音方面是比較可取的，因為這種材料具有高強度和剛度以及良好的吸聲性、耐腐蝕、隔熱、散熱等性能，使其可以應用于惡劣的工作環境。針對高孔隙率通孔鐵基（或鎳基）泡沫耐高溫的優點，將此材料用于航空發動機內襯作為一種聲襯材料，實驗證明，吸聲效果明顯。另外這種材料在艇外層吸聲材料方面也得到應用。

2.3 輕質高效電磁波屏蔽、吸收材料和隱身材料

電磁波（光波）在晶體材料中的干涉、傳輸和吸收的規律和機理，使得當前一種新型材料-光子晶體的誕生，其特點就是在微觀規則排列的條件下，只有一定帶寬的電磁波可以通過該材料，從而可以對電磁波譜（光譜）進行篩選，光纖之父-高琨就在一方面取得開創性的研究獲得諾貝爾物理學獎。金屬材料對電磁波有著更好的屏蔽效果，因此在電磁設備電路板或電磁設備周圍設備一定的金屬多孔材料，對電磁波的屏蔽和吸收會起到很大的作用。國外一些著名的手機生產廠家，例如Blackberry就在其手機電路板周圍加置了金屬多孔材料，使得手機信號清晰，輻射也非常低。

微觀規則排列的電容、電感可以通過局域共振的原理使通過該材料的電磁波或者光波產生負折射的效果。這一效果的產生影響非常深遠，這種材料也因這一特殊的性能而被命名為“左手材料”。2006年，麻省理工大學根據這一原理，研制出世界上第一件隱身衣。相信不久的將來，這種材料將會應用于飛機等一系列需要隱身的武器裝備上來。

2.4 作為散熱材料

超輕金屬多孔材料具有良好的散熱性能，在需要散熱的結構件中采用開孔結構，熱量就可以從金屬泡沫的液體和氣體中散熱。為了更好的散熱我們必須對材料的結構進行優化處理，這樣可以更好發揮材料的散熱效果。在軍用計算機芯片散熱上，通孔金屬泡沫具有更高的熱傳導效率。在航天器的散熱與熱均勻散布方面，金屬多孔材料也得到充分的應用。

2.5 作為防護材料

超輕金屬材料是比較好的防護材料，這也是新型材料比較受歡迎的原因之一，尤其對新材料在軍事和防恐怖領域中的應用具有重要意義。

3 結束語

金屬多孔材料的發展，交叉融合材料科學與工程、力學、計算數學、熱學、聲學、機械學、微電子學等學科，在建立并完善性能表征理論的基礎上對材料的微觀構型與宏觀結構進行一體化設計和多功能、多學科協同設計，從而深入揭示其優化制備方法，最終建立材料制備、設計、性能表征、性能測試與評定的標準化等的完整科學和技術體系，將為新軍事變革和軍事科學技術的進步帶來更加深遠的影響。

作者簡介：邱亮（1983，8-），男，青海西寧人，畢業于國防科學技術大學，本科，編輯，主要從事軍事教育。endprint

摘 要：隨著加工技術和材料制備的逐漸發展，使得超輕多孔金屬出現了新的物理特性而產生一種新型材料。超輕多孔金屬這種新型材料的具有良好的可塑性和可改造性，可以依據實際需要在新型材料生產前對材料的結構進行有目的性的設計和組合優化，這樣超輕多孔金屬的多功能的特性會更好的發揮作用。超輕金屬的機械性能也很優良。文章通過對超輕金屬多孔材料的發展與回顧，闡述了超輕多孔金屬材料的特點與發展趨勢，并對其在軍事領域的應用做以研究。

關鍵詞：超輕；多孔材料；泡沫金屬；軍事

1 超輕金屬多孔材料的分類與性能

相對于傳統的材料，超輕金屬多孔材料的結構千變萬化，這種材料的孔隙率非常的高的且孔徑的大小由毫米到微米甚至到納米級。

1.1 超輕

由于超輕金屬多孔材料的孔隙率很高，這樣導致超輕多孔材料的密度不如傳統材料大，由于多孔材料的分子結構千變萬化，因此材料的制備方法也是千變萬化，但是超輕金屬多孔材料的孔隙率會更大大致在90%-99%之間，這個數據我們可以看出在最小密度可以達到只占基體材料的1%，導致材料的本身很輕。

1.2 高強韌、耐撞擊

經過的大量的試驗數據表明，超輕多孔金屬材料是比較耐撞擊和韌性很強的材料，在對這種材料的樣本進行試驗分析時，材料的承受壓力時的應力變化和應變變化在塑性變性階段幾乎不變，在材料承受壓力時將能量轉化為熱能最終以散熱的形勢耗散。此外超輕多孔金屬材料具有很強的韌性，這樣的特性可以防止材料存在裂紋和缺陷時出現材料的破壞，有利于對材料進行探傷檢測和監控。

1.3 高比強、高比剛度

在航空工業已得到廣泛應用的蜂窩鋁層合板殼（閉孔）有很好的機械性能，但其價格昂貴（蜂窩鋁的國際市場價格～$4000/kg，是閉孔泡沫鋁的100-1000倍），同時其性能有很強的方向性。人們發現制造成本相對低得多的點陣材料的比剛度幾乎可與蜂窩材料相媲美（見圖1），而其比強度甚至更高。

圖1 各種最輕重量結構的比較

1.4 高效散熱、隔熱

超輕多孔金屬材料還具有散熱、隔熱的特殊性能，這種材料是熱的良導體，是優良的傳熱介質，可以再材料遭受高密度熱流時進行散熱和隔熱，由于超輕多孔技術材料的孔隙率比較大。因此在結構孔隙中填充隔熱纖維，就可以達到散熱和隔熱的目的，這樣的特性得到航空工業的熱捧，在航天結構隔熱部件的領域達到很好的應用。

1.5 吸聲性能

經過對超輕多孔金屬材料的反復試驗研究表明，這種材料具有良好的吸聲性能，而且在一定范圍的孔徑范圍內材料的吸聲效果會更好，與其他吸聲材料進行比較，超輕多孔材料的優勢更加的明顯，超輕多孔金屬的高強度和剛度以及耐高溫、隔熱、耐腐蝕特性顯而易見。

此外，多孔金屬擁有大量的內部空間，還較易實現多功能集成。由此可見，超輕多孔金屬材料比傳統材料優勢明顯很多，在很多的領域都在使用超輕多孔金屬材料，對我國國防工業、航空工業都起著至關重要的作用。

2 超輕金屬多孔材料在軍事上的應用

2.1 作為板材的應用

超輕多孔金屬材料在軍事上也得到了應用，利用材料的強度、剛度以及延性的特點將超輕材料制作成不銹鋼夾心層結構，這種材料制成的金屬板比其他材料制成的金屬板相比較具有材質輕、剛度高、強度高，這種材料制成的金屬板具有隔熱、散熱、耐高溫以及吸聲效果好的特點，現在在軍事上采用超輕金屬多孔材料制成的金屬板來制作單片防火墻以防止發動機艙熱量和噪音影響乘務人員，也可以制成管狀可以用做軍用汽車消聲器和排氣裝置。

2.2 作為減振、降噪材料應用

超輕多孔金屬材料在減震和降低噪音方面也是效果很好的，這種材料應用在降噪音方面是比較可取的，因為這種材料具有高強度和剛度以及良好的吸聲性、耐腐蝕、隔熱、散熱等性能，使其可以應用于惡劣的工作環境。針對高孔隙率通孔鐵基（或鎳基）泡沫耐高溫的優點，將此材料用于航空發動機內襯作為一種聲襯材料，實驗證明，吸聲效果明顯。另外這種材料在艇外層吸聲材料方面也得到應用。

2.3 輕質高效電磁波屏蔽、吸收材料和隱身材料

電磁波（光波）在晶體材料中的干涉、傳輸和吸收的規律和機理，使得當前一種新型材料-光子晶體的誕生，其特點就是在微觀規則排列的條件下，只有一定帶寬的電磁波可以通過該材料，從而可以對電磁波譜（光譜）進行篩選，光纖之父-高琨就在一方面取得開創性的研究獲得諾貝爾物理學獎。金屬材料對電磁波有著更好的屏蔽效果，因此在電磁設備電路板或電磁設備周圍設備一定的金屬多孔材料，對電磁波的屏蔽和吸收會起到很大的作用。國外一些著名的手機生產廠家，例如Blackberry就在其手機電路板周圍加置了金屬多孔材料，使得手機信號清晰，輻射也非常低。

微觀規則排列的電容、電感可以通過局域共振的原理使通過該材料的電磁波或者光波產生負折射的效果。這一效果的產生影響非常深遠，這種材料也因這一特殊的性能而被命名為“左手材料”。2006年，麻省理工大學根據這一原理，研制出世界上第一件隱身衣。相信不久的將來，這種材料將會應用于飛機等一系列需要隱身的武器裝備上來。

2.4 作為散熱材料

超輕金屬多孔材料具有良好的散熱性能，在需要散熱的結構件中采用開孔結構，熱量就可以從金屬泡沫的液體和氣體中散熱。為了更好的散熱我們必須對材料的結構進行優化處理，這樣可以更好發揮材料的散熱效果。在軍用計算機芯片散熱上，通孔金屬泡沫具有更高的熱傳導效率。在航天器的散熱與熱均勻散布方面，金屬多孔材料也得到充分的應用。

2.5 作為防護材料

超輕金屬材料是比較好的防護材料，這也是新型材料比較受歡迎的原因之一，尤其對新材料在軍事和防恐怖領域中的應用具有重要意義。

3 結束語

金屬多孔材料的發展，交叉融合材料科學與工程、力學、計算數學、熱學、聲學、機械學、微電子學等學科，在建立并完善性能表征理論的基礎上對材料的微觀構型與宏觀結構進行一體化設計和多功能、多學科協同設計，從而深入揭示其優化制備方法，最終建立材料制備、設計、性能表征、性能測試與評定的標準化等的完整科學和技術體系，將為新軍事變革和軍事科學技術的進步帶來更加深遠的影響。

作者簡介：邱亮（1983，8-），男，青海西寧人，畢業于國防科學技術大學，本科，編輯，主要從事軍事教育。endprint

摘 要：隨著加工技術和材料制備的逐漸發展，使得超輕多孔金屬出現了新的物理特性而產生一種新型材料。超輕多孔金屬這種新型材料的具有良好的可塑性和可改造性，可以依據實際需要在新型材料生產前對材料的結構進行有目的性的設計和組合優化，這樣超輕多孔金屬的多功能的特性會更好的發揮作用。超輕金屬的機械性能也很優良。文章通過對超輕金屬多孔材料的發展與回顧，闡述了超輕多孔金屬材料的特點與發展趨勢，并對其在軍事領域的應用做以研究。

關鍵詞：超輕；多孔材料；泡沫金屬；軍事

1 超輕金屬多孔材料的分類與性能

相對于傳統的材料，超輕金屬多孔材料的結構千變萬化，這種材料的孔隙率非常的高的且孔徑的大小由毫米到微米甚至到納米級。

1.1 超輕

由于超輕金屬多孔材料的孔隙率很高，這樣導致超輕多孔材料的密度不如傳統材料大，由于多孔材料的分子結構千變萬化，因此材料的制備方法也是千變萬化，但是超輕金屬多孔材料的孔隙率會更大大致在90%-99%之間，這個數據我們可以看出在最小密度可以達到只占基體材料的1%，導致材料的本身很輕。

1.2 高強韌、耐撞擊

經過的大量的試驗數據表明，超輕多孔金屬材料是比較耐撞擊和韌性很強的材料，在對這種材料的樣本進行試驗分析時，材料的承受壓力時的應力變化和應變變化在塑性變性階段幾乎不變，在材料承受壓力時將能量轉化為熱能最終以散熱的形勢耗散。此外超輕多孔金屬材料具有很強的韌性，這樣的特性可以防止材料存在裂紋和缺陷時出現材料的破壞，有利于對材料進行探傷檢測和監控。

1.3 高比強、高比剛度

在航空工業已得到廣泛應用的蜂窩鋁層合板殼（閉孔）有很好的機械性能，但其價格昂貴（蜂窩鋁的國際市場價格～$4000/kg，是閉孔泡沫鋁的100-1000倍），同時其性能有很強的方向性。人們發現制造成本相對低得多的點陣材料的比剛度幾乎可與蜂窩材料相媲美（見圖1），而其比強度甚至更高。

圖1 各種最輕重量結構的比較

1.4 高效散熱、隔熱

超輕多孔金屬材料還具有散熱、隔熱的特殊性能，這種材料是熱的良導體，是優良的傳熱介質，可以再材料遭受高密度熱流時進行散熱和隔熱，由于超輕多孔技術材料的孔隙率比較大。因此在結構孔隙中填充隔熱纖維，就可以達到散熱和隔熱的目的，這樣的特性得到航空工業的熱捧，在航天結構隔熱部件的領域達到很好的應用。

1.5 吸聲性能

經過對超輕多孔金屬材料的反復試驗研究表明，這種材料具有良好的吸聲性能，而且在一定范圍的孔徑范圍內材料的吸聲效果會更好，與其他吸聲材料進行比較，超輕多孔材料的優勢更加的明顯，超輕多孔金屬的高強度和剛度以及耐高溫、隔熱、耐腐蝕特性顯而易見。

此外，多孔金屬擁有大量的內部空間，還較易實現多功能集成。由此可見，超輕多孔金屬材料比傳統材料優勢明顯很多，在很多的領域都在使用超輕多孔金屬材料，對我國國防工業、航空工業都起著至關重要的作用。

2 超輕金屬多孔材料在軍事上的應用

2.1 作為板材的應用

超輕多孔金屬材料在軍事上也得到了應用，利用材料的強度、剛度以及延性的特點將超輕材料制作成不銹鋼夾心層結構，這種材料制成的金屬板比其他材料制成的金屬板相比較具有材質輕、剛度高、強度高，這種材料制成的金屬板具有隔熱、散熱、耐高溫以及吸聲效果好的特點，現在在軍事上采用超輕金屬多孔材料制成的金屬板來制作單片防火墻以防止發動機艙熱量和噪音影響乘務人員，也可以制成管狀可以用做軍用汽車消聲器和排氣裝置。

2.2 作為減振、降噪材料應用

超輕多孔金屬材料在減震和降低噪音方面也是效果很好的，這種材料應用在降噪音方面是比較可取的，因為這種材料具有高強度和剛度以及良好的吸聲性、耐腐蝕、隔熱、散熱等性能，使其可以應用于惡劣的工作環境。針對高孔隙率通孔鐵基（或鎳基）泡沫耐高溫的優點，將此材料用于航空發動機內襯作為一種聲襯材料，實驗證明，吸聲效果明顯。另外這種材料在艇外層吸聲材料方面也得到應用。

2.3 輕質高效電磁波屏蔽、吸收材料和隱身材料

電磁波（光波）在晶體材料中的干涉、傳輸和吸收的規律和機理，使得當前一種新型材料-光子晶體的誕生，其特點就是在微觀規則排列的條件下，只有一定帶寬的電磁波可以通過該材料，從而可以對電磁波譜（光譜）進行篩選，光纖之父-高琨就在一方面取得開創性的研究獲得諾貝爾物理學獎。金屬材料對電磁波有著更好的屏蔽效果，因此在電磁設備電路板或電磁設備周圍設備一定的金屬多孔材料，對電磁波的屏蔽和吸收會起到很大的作用。國外一些著名的手機生產廠家，例如Blackberry就在其手機電路板周圍加置了金屬多孔材料，使得手機信號清晰，輻射也非常低。

微觀規則排列的電容、電感可以通過局域共振的原理使通過該材料的電磁波或者光波產生負折射的效果。這一效果的產生影響非常深遠，這種材料也因這一特殊的性能而被命名為“左手材料”。2006年，麻省理工大學根據這一原理，研制出世界上第一件隱身衣。相信不久的將來，這種材料將會應用于飛機等一系列需要隱身的武器裝備上來。

2.4 作為散熱材料

超輕金屬多孔材料具有良好的散熱性能，在需要散熱的結構件中采用開孔結構，熱量就可以從金屬泡沫的液體和氣體中散熱。為了更好的散熱我們必須對材料的結構進行優化處理，這樣可以更好發揮材料的散熱效果。在軍用計算機芯片散熱上，通孔金屬泡沫具有更高的熱傳導效率。在航天器的散熱與熱均勻散布方面，金屬多孔材料也得到充分的應用。

2.5 作為防護材料

超輕金屬材料是比較好的防護材料，這也是新型材料比較受歡迎的原因之一，尤其對新材料在軍事和防恐怖領域中的應用具有重要意義。

3 結束語

金屬多孔材料的發展，交叉融合材料科學與工程、力學、計算數學、熱學、聲學、機械學、微電子學等學科，在建立并完善性能表征理論的基礎上對材料的微觀構型與宏觀結構進行一體化設計和多功能、多學科協同設計，從而深入揭示其優化制備方法，最終建立材料制備、設計、性能表征、性能測試與評定的標準化等的完整科學和技術體系，將為新軍事變革和軍事科學技術的進步帶來更加深遠的影響。

作者簡介：邱亮（1983，8-），男，青海西寧人，畢業于國防科學技術大學，本科，編輯，主要從事軍事教育。endprint