21世纪的新材料泡沫金属与泡沫陶瓷

21世纪的新材料一一泡沫金属与泡沫陶瓷

发布时间：2010-7-13 信息来源：新材料产业

进入二十一世纪，可持续发展已成为全人类共同关注的话题，我国政府高度重视可持续发展，

将可持续发展确定为国家的重大发展战略。如何开发新能源和新材料、减少已有能源与材料的消

耗，是其中一个重要方面，已成为科技工作者共同努力的新课题，泡沫材料的开发就是在这种大

背景下提岀的。泡沫材料按材料性质分为泡沫金属材料和泡沫陶瓷材料，按使用状态又可分为泡

沫结构材料和泡沫功能材料。

一、轻质泡沫金属材料

泡沫金属材料是八十年代后期国际上迅速发展起来的一种物理功能与结构一体化的新型工程材料。多孔结构和金属特征使其得以具备其他实芯材料未有的功能，如防震、吸声、隔声、阻燃、屏蔽、耐候、耐湿、质轻、可渗透性等，在航空航天、交通运输、建筑、能源等高技术领域具有广阔的应用前景。

泡沫金属材料的制备方法大致可分为以下几种：

(1)粉末冶金法，又可分为松散烧结和反应烧结两种；

(2)渗流法；

(3)喷射沉积法；

(4)熔体发泡法。

在上述众多的制备方法中，除特殊要求外，作为工业大生产最有前途的是熔体发泡法，它的工艺简单，成本低廉。熔体发泡法技术难点在于选择合适的金属发泡剂，一般要求发泡剂在金属

熔点附近能迅速起泡。

世界泡沫金属材料技术开发具有两大热点，即泡沫镍和泡沫铝的开发。泡沫镍的制备技术目

前已很成熟，国内外均有不少厂家进行大批量连续化生产，如国内的长沙力元等，主要作为电池

的极板材料应用于镍氢电池领域。但随着世界锂离子电池的迅速发展，镍氢电池在世界可充电二

次电池市场的需求已日趋饱和，因此泡沫镍的市场需求增长幅度逐年减缓。泡沫铝制备技术则在

航空航天、交通运输等行业的发展以及这些产业对综合性能优异的材料的巨大需求下得以迅速地发展，主要有合金气体发泡、合金发泡剂混合搅拌、金属及发泡剂混熔固结、熔融金属高压渗透等。泡沫铝是一种高孔隙率、宏孔多孔材料。它不仅具有优良的机械阻尼、消声降噪和电磁屏蔽等性能，而且具有轻便、坚固、耐热、美观等特点，在一些发达国家已经商品化，广泛地应用在噪声防护、电磁屏蔽、建筑装饰、吸能缓冲、医用植体、分离工程、生物工程以及国防高科技等领域。自“ 9.11 ”事件以来，世界各国对这种具有轻质、防火、吸震等性能、适用于高层建筑及交通运输工具的结构材料给予了高度重视，

从而引发了该材料的研发热潮。最近国内某研究机构

采用碳化硅超细粉增强泡沫铝复合材料的制备技术取得了重大突破，预计该材料将成为世界摩天

大楼设计师们首选的主要建筑材料之一，市场前景极为广阔。

贵州新材料矿业发展有限公司自93年以来一直致力于泡沫结构材料及其超细粉体原料的开

发和产业化工作。鉴于铝泡沫材料作为新型结构材料在建筑、能量吸收及转换等方面的优异性能，

公司技术中心在公司高层领导的支持和鼓舞下组织进行了泡沫铝的相关制备技术研究开发，旨在抢先占领这一新型材料制备技术制高点，实现产业化，同时结合贵州省铝资源及能源优势，将公司建成中国乃至世界泡沫铝材料制造中心。目前，公司技术中心与国内有关科研机构联手对轻质

建材及能量吸收转换应用的泡沫铝材料制备技术，材料孔尺寸、形貌、相对密度、抗弯、抗折强度等控制技术研究工作已取得了阶段性成果。公司将密切关注世界相关市场培育及发展的客观实

际，走技术开发与市场开拓相结合的道路，逐步实现该材料的产业化，最终实现建成中国泡沫铝

材料制造中心的目标。

二、泡沫陶瓷材料

泡沫陶瓷是一种造型上象泡沫状的多孔陶瓷，它是继普通多孔陶瓷、蜂窝多孔陶瓷之后，最

近发展起来的第三代多孔陶瓷产品。这种高技术陶瓷具有三维连通孔道，同时对其形状、孔尺寸、

渗透性、表面积及化学性能均可进行适度调整变化，制品就像是“被钢化了的泡沫塑料”或“被瓷化了的海绵体”。作为一种新型的无机非金属过滤材料，泡沫陶瓷具有重量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、再生简单、使用寿命长及良好的过滤吸附性能等优点。与传统的过滤器如陶瓷颗粒烧结体，玻璃纤维布相比，不仅操作简单，节约能源，成本低，而且过滤效果较好。泡沫陶瓷可以广泛地应用于冶金、化工、轻工、食品、环保、节能等领域。目前泡沫陶瓷的主要用途是：

1）熔融金属过滤用泡沫陶瓷；

2 ）多孔介质燃烧器用泡沫陶瓷；

3）高温烟气处理用泡沫陶瓷；

4）中高温固体氧化物燃料电池电解质系。

制备泡沫陶瓷一般以有机泡沫为骨架，浸浆后干燥，然后高温烧成，在烧成过程中，有机物

燃烧挥发，留下网络结构的陶瓷体。这种工艺始于1963年。在70年代初欧美国家就已积极开展

该工艺的研究，并研制出可过滤大多数有色金属和合金铸件的多种材质的泡沫陶瓷过滤器。这些国家目前已有先进的成型、烧成设备和完善的生产工艺制度，可以实现大规模连续化生产。大部分的陶瓷材料均可被制造成泡沫陶瓷，但目前成功应用于高温作业的主要是氧化铝、氧化铝-氧化锆和碳化硅。下表给岀了各种合金适用的网眼陶瓷过滤器材料。

从表中可知，尽管目前过滤器材料种类不少，但绝大部分是用于有色或高温合金的，而在钢水连铸生产中取得成功的较少，其主要原因是：

1）钢水温度较高，浇注时间较长，对过滤器的冲刷和浸蚀较严重；

2 ）过滤器的比表面积有限，难以满足钢水连续过滤的要求；

3）陶瓷过滤器制造工艺较复杂，生产成本较高。

由于氧化铝和电熔莫来石过滤器的耐热冲击性和高温强度均不高，不能用于较大的铸件。氧

化铝-氧化锆质和高纯部分稳定的氧化锆多孔陶瓷过滤片的耐热冲击性和高温强度比氧化铝和电熔莫来石过滤片高，但仅限于80kg以内的铸件，仍不能满足大规模较大钢铸件的浇铸。而碳化

硅陶瓷具有化学性质稳定、耐腐蚀、耐高温、抗热冲击、抗冲刷等优异特性，是一种重要的高温结构材料，更是一种高温陶瓷过滤器的候选材料。碳化硅陶瓷过滤器可以经受100kg以上的金属

液冲击，是一种可望在钢连铸上获得广泛应用的过滤器材料。