多孔材料論文

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1、多孔金屬材料的制備及應用在材料科學研究屮，永不改變的話題是探索新材料。人們注意到許多天然材料因其多孔的結構而具備優(yōu)良的性能，因此，人們發(fā)展出了各種人造多孔材料。作為材料科學研究中較年輕的一員，多孔材料迅速成為近年來國際科學界關注的熱點之一。多孔材料可分為金屬和非金屬兩大類，也可細分為多孔陶瓷材料、高分了多孔材料和多孔金屬材料3種不同的類型。多孔金屬材料又稱為泡沫金屬，作為結構材料，它具有密度小、孔隙率高、比表面積大等特點;作為功能材料，它具有多孔、減振、阻尼、吸音、隔音、散熱、吸收沖擊能、電磁屏蔽等多種性能。而且,多孔金屬材料往往兼有結構材料和

2、功能材料的雙重作用，是一類性能優(yōu)異的多用途材料。目前，多孔金屬材料已經(jīng)在冶金、石油、化工、紡織、醫(yī)藥、釀造等國民經(jīng)濟部門以及國防軍事等部門得到了廣泛的應用。多孔金屬材料作為多孔材料的重要組成部分,在材料學領域具有不可取代的地位。從20世紀中葉開始，世界各國競相投入到多孔金屬材料的研究與開發(fā)之中，并相繼提出了各種不同的制備工藝［1］。根據(jù)制備過程中金屬所處的狀態(tài)可以將這些制備方法劃分為以下幾種：（1）液相法，（2）氣相法，（3）金屬沉積法。1液相法1.1直接發(fā)泡法早在19世紀六七十年代，以直接發(fā)泡法制備多孔金屬就已經(jīng)獲得了成功。相關實驗主要集中在

3、Al>Mg>Zn等低熔點金屬及其合金的閉孔金屬材料的制備方面。經(jīng)過研究者多年的實驗和研究,直接發(fā)泡法制備多孔金屬材料的工藝日漸成熟，目前已廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)領域。直接發(fā)泡法包括兩類不同的工藝：(1)直接吹氣法發(fā)泡法；(2)金屬氫化物分解發(fā)泡法。(1)直接吹氣法發(fā)泡法對于制備泡沫金屬，直接吹氣法是一種簡便、快速且低耗能的金屬發(fā)泡方法。該方法的工藝是首先向金屬液中加入Sic、A1203等以提高金屬液的粘度，然后使用特制的旋轉噴頭向熔體中吹入氣體(如空氣、氮氣、氮氣)[2]。該法制備泡沫金屬的工藝流程如圖1所示。圖1直接吹氣法發(fā)泡法制備泡沫金屬材料的

4、流程圖[4]Fig?1Directfoamingofmeltswithblowingagents[4]該方法主要應用于泡沫鋁的生產(chǎn)中。用這種工藝來生產(chǎn)泡沫鋁,首先應在熔融鋁液屮加入一種高熔點材料的細小顆粒,這種難熔顆粒在鋁液中既可以增加鋁液粘度，又可以在氣體和金屬的界面上形成一層表面活性劑，從而保證氣體能穩(wěn)定地滯留在鋁液屮，并在凝固過程中不會導致泡沫塌陷。盡管有多種符合應用條件的難熔材料,但在實際生產(chǎn)中常選用碳化硅作為增加鋁液粘度的增粘劑。在這?過程中,碳化硅可與鋁液反應形成碳硅鋁的合成物，并使鋁液保持在相對較低的攪拌溫度［3］o(1)金屬氫化

5、物分解發(fā)泡法這種方法是在熔融的金屬液中加入發(fā)泡劑(金屬氫化物粉末)，氫化物被加熱后分解出比,并冃發(fā)牛體積膨脹，使得液體金屬發(fā)泡，冷卻后得到泡沫金屬材料。在制備過程中，為了防止不均勻現(xiàn)象的發(fā)生,也可以加入I古I體Ca來增加粘度，以避免氣泡逸出。1.2鑄造法(1)熔模鑄造法熔模鑄造法是先將已經(jīng)發(fā)泡的塑料填充入一定幾何形狀的容器內，在苴周圍倒入液態(tài)耐火材料，在耐火材料硬化后，升溫加熱使發(fā)泡塑料氣化，此吋模具就具有原發(fā)泡塑料的形狀,將液態(tài)金屬澆注到模具內，在冷卻后把耐火材料與金屬分開，可得到與原發(fā)泡塑料的形狀一致的金屬泡沫［5］o采用這種方法制備多孔金

6、屬的成本較高，以多孔鋅為例，每立方厘米的成本在10美元以上［6］。(2)滲流鑄造法該原理是先把填料放于鑄模之內，在其周圍澆鑄金屬，然后把填料去除掉,得到泡沫金屬材料。滲流鑄造法可根據(jù)滲透壓力的不同分為高壓滲流法和低壓滲流法［7］o高壓滲流法是將填料和調節(jié)性載體(均可燃)按一定的比例混合均勻,把這種混合物在模子內壓實，烘干后得到一定尺寸的預制塊,將預制塊放入高壓滲流模內，加入熔融金屬液，在…定的高壓下，金屬液體快速滲入預制塊的孔隙之中,冷卻后將可燃性預制塊在一定溫度下燃燒去除,就得到了三維網(wǎng)絡狀的金屬泡沫金屬。低壓滲流法則是將可溶性填料放置于預熱

7、爐的上部，通過進氣口加壓,使金屬液體沿著型腔內壁上升至預熱爐內并與填料顆?；旌希鋮s后將顆粒溶解去除即可。填料有許多種，它可以是有機的或尤機的顆粒,也可以是低密度的空心球。可溶性鹽、泡沫玻璃球、氧化鋁空心球［8?11］可以作為無機填料顆粒。如果熔融的金屬液凝固的速度足夠快，高分子聚合物也可以作為有機填料顆粒。為了避免金屬液提前凝固而不能充分的滲入，填料顆粒必須經(jīng)過預熱。1.3濺射法濺射法可以制備多孔金屬(合金)材料。該方法的原理是在反應器內維持可控的悄性氣體壓力，在等離子的作用下，通過電場的作用將金屬沉積在基體上，與此同時，惰性氣體的原了也?并

8、沉積,升高溫度，金屬熔化時惰性氣體發(fā)生膨脹形成一個個的空穴,冷卻后即為泡沫金屬［12］o2固相法2.1粉末冶金(PM)法該方法的原理是將金屬粉末與造孔