多孔金属材料的制备及应用

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摘要：近年来，随着经济的发展，科技也在不断的进步，对于多孔金属材料的制备工艺技术也在不断的提高，并且在日常工作、生活中被广泛的应用。可以说，多孔金属材料的出现，在很大程度上解决了陶瓷材料的难加工问题。并且，这种多孔材料在电极和装饰性材料方面发展空间很大。因此，我们有必要深入、科学的研究多孔金属材料的制备工艺以及它的实际应用，让它能够更好的发挥其作用。

关键词：制备技术；多孔金属材料；应用；

多孔金属材料是一种具备良好物理性能的新型材料，它具有密度小、减震性能好、吸收噪音能力强等特点。现在已经被广泛的应用于高温度的液体过滤器、催化剂当中，甚至被作为航空以及一些建筑材料当中的某一结构材料。可以说，多孔金属材料有很可观的发展前景，对它进行深入的探索，通过技术的加工处理，可以使它满足更多领域的工艺需求，创造更多的社会价值和经济价值。

1.多孔金属材料的制备工艺

1.1.发泡法

发泡法主要分为直接吹气法、粉末发泡法以及金属氢化物分解发泡法。它们之间有各自的特点。首先，直接吹气法。直接吹气法，它是一种非常简单的方法，同时它具备便捷、迅速、能耗低等特点。它主要是通过特定的吹气装置，把底部的气体吹进熔体，然后将所产生的气泡凝聚到一起，形成整个泡沫，再用传送带将这些金属泡沫进行运输，并在运输过程中把这些泡沫冷却，形成泡沫产品。其次，粉末发泡法。这种工艺是通过把发泡剂和金属按照比例来进行混合，然后搅拌均匀之后会对它施加一定的压力，最后将其压制成形。把成型之后的材料经过第二次的加工，成为半成品，然后放入钢模中进行加热，让发泡剂在受热之后分解发泡，最终制成多孔泡沫金属材料。最后，金属氢化物分解发泡法。这种方法主要是把金属氢化物粉末加入到熔融的液体金属当中，氢化物经过高温加热之后，会分解出氢气，同时，自身的体积也会膨胀，整个液态金属进而发泡，再经低温冷却之后制成泡沫金属材料。

1.2.烧结——脱溶法

烧结——脱溶这种制备技术的具体步骤如下：先把金属的粉末以及一些可以去除掉的填充颗粒进行均匀的搅拌，搅拌均匀之后将这种混合物放到压制设备当中开始压制，并且形成半成品，最后再对温度进行调试，调试到一个适合的温度后开始烧结半成品，经过这个程序之后，多孔金属的整个制备过程就结束了。具体制备程序如下图所示：

1.3.渗流铸造法

渗流铸造法的基本流程是：将填充原料放进铸造模具当中，然后，在它的周围进行金属浇铸，最后把最初所填充的原料拿掉，获得泡沫金属材料。这种渗流的浇铸方法，可以按照不同的渗透压力来进一步划分为低压渗流和高压渗流两种方法。低压渗流是把一些具有可溶性的填充材料放到预热炉的上部位置，进气口对其进行加压，使液态的金属顺着腔体上升，进入到预热炉里和事先填充好的原料颗粒进行混合，最后经过冷却之后去除颗粒。高压渗流则是把具有可燃性的调节载体与填充原料按照规定的比例进行均匀的混合，把二者的混合物放在同一个模型中施加压力将其压制，在进行烘干之后，把所得到的预制块放到高压渗流的模具内，随之加入呈熔融状的液态金属，让金属块能够迅速的渗入到预制块的各个缝隙中，最后经过冷却把一些可燃性的预制块进行高温燃烧除掉，得到呈三维网状的泡沫金属。无论是那种渗流铸造法，都需要注意的是，所填充的燃料颗粒一定是要经过事先预热的，因为这样一来，就可以避免在渗透的过程中由于金属液的提前凝固，而导致无法充分渗透的现象发生。渗流铸造法解析图如下：

1.4.自蔓延合成法

这种多孔金属材料的制备方法主要是利用材料之间的化学反应来实现的。在原材料组分之间，材料会相互接触发生化学反应，放出强烈的热气，在这种情况下，材料首先会确保自身的反应能够正常进行，与此同时，也会产生很多孔隙。这种通过放热反应而快速扩展的现象就是自蔓延，它可以在很短的时间内快速的完成所有的燃烧过程。因为发生化学反应的一瞬间会产生极高的温度，所以，也很容易就可以获得纯度高的材料。自蔓延合成法主要是依靠化学反应形成多孔结构，这些孔隙之间大多数都相通的，材料的孔隙度可以达到60%以上。

2.多孔金属材料的应用

多孔金属材料因为自身具备的优良性能，所以，它可以作为结构材料和功能材料被应用于更广泛的领域当中。

2.1.作为结构材料的应用

2.1.1.作为能量吸收材料

多孔金属作为结构材料，主要应用于船舶、汽车、铁路、生物医学等领域。首先，它有良好的能量吸收作用。如图所示，将多孔金属的压缩应力——应变曲线分为下图中的三个阶段：

材料能量吸收能力的强弱主要是由屈服平台区域决定的，由于这个区域的特点是不仅宽而且很高，所以，可以获得更大的吸附能力。正因如此，泡沫金属可以用于汽车制造当中，在汽车发生碰撞时可以吸收各部件的能量，减少伤害。

2.1.2.生物材料

多孔金属材料由于自身结构的特点，带有很多开放的孔状结构，这种特点可以使得新的骨细胞在孔内生长。而多孔材料所具有的强度特点，可以使得骨细胞生长的大小按照孔隙的大小来和自然骨进行配合。其中，多孔钛已经被正式的纳入骨用生物材料当中。

2.2.作为功能材料的应用

2.2.1.过滤与分离

因为多孔金属材料有很好的渗透性，所以，它的过滤与分离在实际生活当中得到了充分的利用。其中，针对过滤这一特性，多孔不锈钢的应用最为广泛。通过多孔不锈钢来净化空气，能够很好的抑制厌氧细菌的快速生长，这种过滤设备的出现，几乎代替了之前的活性炭空气过滤器。在航天事业中，多孔不锈钢也被应用于对制导舵螺中液压油的净化工作当中，同时，它还应用在净化燃料管路中回收催化剂等方面。

2.2.2.电池的电极材料

把具有高孔隙率的多孔金属材料当作电池的电极材料，可以说这一举措是电极事业中的一大壮举，同时，也推动了电极行业的发展进程。我们不仅可以将泡沫镍当作电化学反应堆中的电极材料，与此同时，它还能够作为可以进行充电的NiCd电池。用铸造工艺进行制备所获得的多孔锌电极要比以往用电沉积法制备所获得的多孔电极在孔隙率上可以多出80% ，在这过程中可以进一步加大电极的表面积，从而，使电极充电时和放电时所产生的实际电流密度有所降低，更好的改善了电极的比容量、活性物质的利用率等参数。

总结：

综上所述，随着工业生产的不断进步，人们对多孔金属材料的制造工艺要求的越来越高，并且对这一新型材料的需求量也随之增大。但是，多孔金属材料的制备过程中还存在一些技术上的局限性，因此，这也需要相关的技术人员不断的探索和完善这项工艺，开发出多孔金属材料更大的发展潜力，让它能够更广泛的应用于人们的实际生活当中。

参考文献：

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[4]许庆彦，陈玉勇，李庆春. 加压渗流铸造多孔铝合金及其吸声性能[J]铸造工程，2012（05）.

作者简介：

杨晓萍，女，汉族，1967年5出生，籍贯 山东日照市莒县，实验师，现在山东

理工学院做机械工程材料及加工方向工作