多孔金屬材料的制備及應用研究

程立堯（湖南師大附中， 湖南 長沙 410000）

多孔金屬材料的制備及應用研究

程立堯（湖南師大附中， 湖南 長沙 410000）

多孔金屬材料被廣泛應用在各個領域，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，分析其在各個領域中的應用，以表現多孔金屬材料的特征與優越性。

金屬材料；配備方法；研究

多孔金屬材料是工程領域中應用多的材料之一，早在上個世紀八十年代，就已經成為非常重要的高性能、力學性能優越的材料，還廣泛應用在工業以及其他生產領域，在高端技術支持下，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，當前，多孔金屬廣泛應用在高溫過濾器、熱交換器等設備制造中，更作為一種隔熱材料應用在航天、汽車、建筑等領域。下面本文將對多孔材料制備與應用具體研究。

1　常見的多孔金屬材料制備方法

多孔金屬材料之所以具備更優越性能，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，多孔金屬材料才開始引發人們注意。產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單，需要應用到一個吹氣裝置，在裝置底部開始吹，將氣體從底部吹進到裝置內，會在裝置內產生大量氣泡，使用傳輸帶對核心泡沫進行傳送，直到泡沫冷卻成固定產品。技術的關鍵點在于需要控制好產生泡沫的溫度區間，并要有適當的溶體粘度，這樣才能產生穩定性更強的泡沫，不易破碎［1］。在制備時需要保證預制塊的孔隙率達到標準，需達到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，保溫最適宜時間為3min，3min以后及時將溫度調制到結晶溫度區間，使用溫火預處理，能夠使空隙率增加至60%左右。

（2）溶體發泡法 在應用溶體發泡法時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，然后與發泡劑充分攪拌均勻，保溫片刻，再進行冷卻。這一制備方法需要注意保持溶體粘度與熔點溫度，分散劑的添加量要適宜，常見增粘劑有粉煤灰、AL粉、Ca粉等，還可以使用增加粘度的發泡劑［2］。

（3）兩步法 兩步法主要進行發泡加熱與發泡預制兩個步驟。首先，對預制塊進行制備，方法是向復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，對預制塊加熱與保溫處理。在兩步法中，需要控制好以下技術操作：因為預制塊制備時僅有一小部分發泡劑能夠分解，并且一些發泡劑分解慢，使用新型發泡劑則能更好的控制分解溫度，這對于氣體分解效果來說有著重要作用，還能與溶體充分反應，增強氣泡穩定性。

（4）滲流鑄造法 多孔金屬的制備需要及時、快速、簡單，這樣才能實現大批量制備金屬，滲流鑄造法關鍵在于將鑄模內的顆粒物質去除，使顆粒之間建立一種三維網絡結構，實現多孔金屬相互連通。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題。使用這一工藝能夠制備出濃度更高、穩定性更好的通孔泡沫鋅鋁合金，用于建筑結構中能夠增強結構穩定性。

2　多孔金屬材料的應用

通過以上多孔金屬制備方法的探究，表現了多孔金屬材料制備方法越來越多樣、先進，并且材質輕、表面積更大，融合材料功能與特點，使多孔金屬在眾多領域應用。

（1）作為結構材料的應用 汽車、船舶制造、鐵路等行業廣泛應用了多孔金屬材料，主要用來吸收能量與減振，還在生物醫學中扮演著重要角色。首先，作為能量吸收材料，能量吸收主要體現在屈服平臺區域內的變化上，應變曲線構成了屈服平臺，曲線面積增大說明能量吸收能力強，曲線寬說明平臺吸收能量更多。車輛碰撞時能量吸收的部件應用泡沫金屬，能夠達到更好的效果［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構層。其次，作為減震材料使用，實踐證明，多孔金屬抗沖擊能力非常強，也使之成為了減震材料制作的首選。抗沖擊能力可以從線彈性區中體現出來，如果彈性區的面積大，說明材料具有較高的抗沖擊性，具有較好的減震性能。由此，應用在汽車行業為減震設備提供支持，泡沫鎂是一種較為輕質的多孔金屬材料，因為具有較強的沖擊能吸收能力，在發生碰撞時能夠起到減震效果。

（2）作為功能材料 多孔材料作為電池電極材料應用在電池制作當中，泡沫鎳作為一種多電極材料能夠用在NiCd電池的制作當中。各項實踐證明，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，將電極的各項性能參數提高了。因為多孔金屬滲透性較好，能夠進行過濾與分離，也使多孔金屬材料更好的阻隔液體，進而將固定以及顆粒懸浮物過濾出來，應用在不銹鋼的制作當中，增強材料純度與穩定性。

3　結語

本文主要對多孔金屬材料的制備方法進行了研究，并描述了其在不同領域中的應用，體現了其在汽車制造以及電池生產、生物化工中有較大的應用價值，需要進一步研究與創新多孔金屬材料制備方法，為更多領域提供材料支持。

［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用［J］.力學進展，2010，36（4）：517-535.

［2］劉培生，黃林國.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試及研究［J］.振動工程學報，2010，23（5）：502-507.

身份證號：430122199905140310

論文研究方向：材料科學與工程。

國家級論文：材料科學與工程論文。

國家實用新型專利：一種材料科學與工程多媒體教學系統。

程立堯，男，漢族，理科。