Ti-Al系金属间化合物多孔材料的制备和性能
多孔材料的制备和性能调控
多孔材料的制备和性能调控多孔材料拥有独特的结构和性能，广泛应用于催化剂、吸附材料、传感器等领域。
然而，多孔材料的制备和性能调控一直是科学家们关注和研究的热点。
本文将从多孔材料的制备方法、性能调控策略以及应用前景等方面进行论述。
一、多孔材料的制备方法多孔材料的制备方法多种多样，其中常见的包括溶胶-凝胶法、共沉淀法、模板法和燃烧法等。
溶胶-凝胶法是一种常用的多孔材料制备方法。
通过将溶胶物质在溶剂中溶解形成溶胶，再通过凝胶化反应使之形成凝胶，最后通过干燥和煅烧等步骤得到多孔材料。
该方法成本低、操作简便，适用于制备种类多样的多孔材料。
共沉淀法是利用化学反应在溶液中共沉淀出多孔材料的方法。
通过合适的溶剂和沉淀剂，可以控制沉淀速度和颗粒大小，从而调控多孔材料的孔径和孔隙结构。
这种方法制备的多孔材料通常具有较好的孔隙结构和稳定性。
模板法是一种通过有机或无机模板来制备多孔材料的方法。
通过将溶胶物质浸渍到模板材料中，然后通过煅烧或溶解模板材料得到多孔材料。
模板法可以制备孔径较小、孔隙结构有序的多孔材料，适用于制备纳米级孔径的材料。
燃烧法是一种通过燃烧反应来制备多孔材料的方法。
通常将可燃性物质与原料混合，通过燃烧反应形成多孔材料。
燃烧法制备的多孔材料具有较大的比表面积和良好的热稳定性，常用于催化剂和吸附材料的制备。
二、多孔材料的性能调控策略多孔材料的性能可以通过调控其孔径、孔隙结构和比表面积等方面来实现。
一种常用的性能调控策略是材料合成过程中的添加剂控制。
通过添加表面活性剂、聚合剂或酸碱调节剂等，可以调控多孔材料的孔径大小、孔隙结构和孔道分布等。
另一种常用的性能调控策略是后处理方法。
在多孔材料制备完成后，通过煅烧、酸碱处理、氧化还原等方法，可以进一步调控多孔材料的结构和性能。
比如，通过煅烧可以提高多孔材料的热稳定性和孔道连通性；通过酸碱处理可以调节多孔材料的酸碱性质；通过氧化还原反应可以改变多孔材料的电导性能等。
此外，多孔材料的性能还可以通过复合材料的制备来实现。
反应合成Ni—Al金属间化合物多孔材料的研究
关键词 ： 自蔓燃 高温合 成 ； — 金 属 间化合 物 ； Ｎｉ Ａ１ 多孔材料 中图分 类号 ： Ｇ １ ３ １ Ｔ １．２ 文献标 志码 ： Ａ
集 ， ０ ４年 ５月． ２０
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４ 结 语
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多孔金属材料的制备方法及应用研究论文(通用)
多孔金属材料的制备方法及应用研究论文（通用）1、多孔金属材料的制备方法1.1铸造法铸造法分为熔融金属发泡法、渗流铸造法和熔模铸造法等.1.1.1熔融金属发泡法熔融金属发泡法包括气体发泡法和固体发泡法.此方法的关键措施是选择合适的增粘剂，控制金属粘度和搅拌速度，以优化气泡均匀性和样品孔结构控制的程度.此法主要用于制备泡沫铝、泡沫镁、泡沫锌等低熔点泡沫金属.对于熔融金属发泡法，当前研究较多的是泡沫铝.李言祥对泡沫铝的制备工艺、泡沫结构特点及气孔率方面进行了深入的实验研究;于利民等人根据采用此法生产泡沫铝在国内外泡沫金属的发展形势，总结并探讨了其制备工艺及优缺点.1)气体发泡法气体发泡法指的是向金属熔体的底部直接吹入气体的方法.为增加金属熔体的粘度，需要加入高熔点的固体小颗粒作为增粘剂，如Al2O3和SiC等.吹入的气体可选择空气或者像CO2等惰性气体.虽然设备简单、成本低，但孔隙尺寸和均匀程度难以控制.徐方明等用这种方法制备出了孔隙率为90!以上的闭孔泡沫铝;覃秀凤等介绍了该方法原理，并研究了增粘剂、发泡气体流量和搅拌速度等工艺参数对实验结果的影响.2)固体发泡法固体发泡法即向熔融金属中加入金属氢化物的方法. 发泡剂之所以为金属氢化物，是因为它会受热分解，生成的气体逐渐膨胀致使金属液发泡，然后在冷却的过程中形成多孔金属. 增粘剂主要选择Ca粉来调节熔体粘度，发泡剂一般为TiH2 . 采用同样的方法原理，可以通过向铁液中加入钨粉末和发泡剂的方式生成泡沫铁，但很少有相关的文献报道.Miyoshi T 等人采用这种方法制备出了泡沫铝.1.1.2渗流铸造法和熔模铸造法两种方法的相似之处在于都是将液态金属注入装有填料的模型中，构成多孔金属的复合体，然后通过热处理等的方式将杂质除去，经过冷却凝固得到终产物多孔金属;区别在于前者模型中填充的是固体可溶性颗粒(如NaCl、MgSO4等)或低密度中空球，后者铸模由无机或有机塑料泡沫(如聚氨酯)和良好的耐火材料构成.Covaciu M等用渗流铸造法制备了开孔型和闭孔型的多孔金属材料，John Banhart用熔模铸造法制备了多孔金属，详细研究了产品结构、性能及应用. 用渗流铸造法制备的多孔金属，其孔隙率小于80!，常用来制备多孔不锈钢及多孔铸铁、镍、铝等合金，虽然用这种方法制备的多孔金属孔隙尺寸得到准确控制，但成本较高. 熔模铸造法制备的多孔金属成本也很高，孔隙率比前者高，但产品强度低.1.2金属烧结法金属烧结法包括粉末烧结法、纤维烧结法、中空球烧结法、金属氧化物还原烧结法、有机化合物分解法等.1.2.1粉末烧结法粉末烧结法指的是金属粉末或合金粉末与添加剂按一定的配比均匀混合，压制成型，形成具有一定致密度的预制体，然后进行真空环境下高温烧结或钢模中加热的方式除去添加剂，最终得到多孔金属材料.此法可用来制备多孔铝、铜、镍、钛、铁、不锈钢等材料.通过粉末烧结法制备的多孔金属材料，其孔隙特性主要取决于采用的方法工艺和粉末的粒度.王录才等采用冷压、热压、挤压三种方式制备预制体，详细研究了铝在不同炉温下加热的发泡行为.根据所选添加剂的不同，粉末烧结法又分为粉末冶金法和浆料发泡法.两者选用的添加剂分别为造孔剂和发泡剂.造孔剂分为很多种，如NH4HCO3、尿素等. 陈巧富等用NH4HCO3作造孔剂，经过低温加热和高温烧结的方式制备出了多孔Ti-HA 生物复合材料，孔径范围100 ～500 μm，抗压强度高达20 MPa，可作为人体骨修复材料. 国外David C. D等用尿素作造孔剂制备出了具有一定孔隙率的泡沫钛; JaroslavCapek等以NH4HCO3为造孔剂，用粉末冶金法制备出了孔隙率为34 !～ 51!的多孔铁，并作出了多孔铁在骨科应用方面的设想.关于发泡剂的选择，TiH2或ZrH2常作发泡剂制备多孔铝、锌，而SrCO3常作为发泡剂制备多孔碳钢. 李虎等用H2O2作发泡剂，用浆料发泡法制备出了多孔钛，经过对其力学性能测试和碱性处理获得了有望成为负重骨修复的理想材料.1.2.2纤维烧结法纤维烧结法指金属纤维经过特殊处理后经过压制、成型、高温烧结的过程形成的多孔金属.运用这种方法制备的多孔金属材料，其强度高于烧结法.1.2.3中空球烧结法中空球烧结法指金属空心球粘结起来进行烧结，从而得到多孔金属材料的方法.常用来制备多孔镍、钛、铜、铁等，制得的金属兼具闭孔和开孔结构.其中金属空心球的制备方法是:用化学沉积或电沉积的方法在球形树脂表面镀一层金属，然后除去球形树脂.特别的是，多孔金属的孔隙尺寸可以通过调整空心球的方式来进行控制.1.2.4金属氧化物还原烧结法该方法旨在氧化气氛中加热金属氧化物获得多孔的、透气的、可还原金属氧化物烧结体，再在还原气氛中且低于金属的熔点温度下进行还原，从而得到开口的多孔金属. 这种方法可用来制备多孔镍、钼、铁、铜、钨等. 因为很难找到制备高孔隙率的多孔铁的方法，Taichi Murakami等用炉渣中的氧化物发泡，并采用氧化还原法制备出了多孔铁基材料.1.2.5有机化合物分解法将金属的草酸盐或醋酸盐等进行成型处理后，再在合适的气氛下加热烧结.如草酸盐分解反应式为Mx(COO)y→xM+YCO2式中:M为金属·金属的草酸盐分解释放CO2，在烧结体中形成贯通的孔隙.在制备过程中金属有机化合物可以成型后加热分解，再进行烧结.1.3沉积法此法是指通过采用物理或化学的方法，将金属沉积在易分解的且具有一定孔隙结构的有机物上，然后通过热处理方法或其他方法除去有机物，从而得到多孔金属.沉积法一般分为电沉积法、气相沉积法、反应沉积法等.1.3.1电沉积法该法是以金属的离子态为起点，用电化学的方法将金属沉积在易分解的且有高孔隙率三维网状结构的有机物基体上，然后经过焙烧使有机物材料分解或用其他的工艺将其除去，最终得到多孔金属. 具体操作步骤为:预处理、基体导电化处理、电镀、后续处理. 常用来制备多孔铜、镍、铁、钴、金、银等.国外Badiche X等用这种方法对泡沫镍的制备及性能进行了深入研究; 单伟根等电沉积法制备了泡沫铁，确定了基体的热解方式对泡沫铁的结构性能方面造成不同的影响，并且确定了最佳实验条件. Nina Kostevsek等研究了平板电极上和多孔氧化铝模板上的铁钯合金，并对二者的电化学沉积动力学进行了比较.1.3.2气相沉积法该法是在真空状态下加热液态金属，使其以气态的形式蒸发，金属蒸气会沉积在固态的基底上，待形成一定厚度的金属沉积层后进行冷却，然后采用热处理方法或化学方法去除基底聚合物，从而得到通孔泡沫金属材料.蒸镀金属可以为Al、Zn、Cu、Fe、Ti等.1.3.3反应沉积法反应沉积法，顾名思义指的是金属化合物通过发生反应，然后沉积在基体上的过程.具体操作环节是，首先将泡沫结构体放置在含有金属化合物的装置中，加热使金属化合物分解，分解得到的金属沉积在多孔泡沫基体上，然后进行烧结去除基底，得到多孔金属.通常情况下，金属化合物为羟基金属，在高温条件下发生分解反应，如制备多孔铁、镍等.2、多孔金属材料的性能及应用多孔金属材料可作为结构材料，也可作为功能材料. 同时结构决定性能，对于多孔金属而言，它的结构特点表现为气孔的类型( 开孔或闭孔) 、大小、形状、数量、分布、比表面积等方面. 多孔金属材料在航空航天、化学工程、建筑行业、机械工程、冶金工业等行业得到了广泛的应用，此外，在医学和生物领域也具有广阔的发展潜力. Qin Junhua等对多孔金属材料性能和用途两方面的研究进展做了重要阐述，并提出针对当前的形势，需要拓展多孔金属材料其他方面用途的必要性.2.1结构材料多孔金属材料具有比重小、强度高、导热性好等特点，常用作结构材料.可作汽车的高强度构件，如盖板等;可作建筑上的元件或支撑体，如电梯、高速公路的护栏等;也可作为航天工业上的支撑结构，如机翼金属外壳支撑体、光学系统支架，或用来制作飞行器等.最常用的是多孔铝.魏剑等提到了多孔金属材料可用来制作节能门窗、防火板材等，实现了其在建筑领域的应用价值.利用多孔金属材料的吸能性能，可制作能量吸收方面的材料，如缓冲器、吸震器等.最常见的是多孔铝.比如汽车的冲击区安装上泡沫铝元件，可控制最大能耗的变形;还有将泡沫铝填充入中空钢材中，可以防止部件承受载荷时出现严重的变形.与此同时，多孔铝兼具了吸音、耐热、防火、防潮等优势.2.2功能材料2.2.1过滤与分离材料根据多孔金属的渗透性，由多孔金属材料制作的过滤器可用来进行气-固、液-固、气-液、气-总第209期李欣芳，等:多孔金属材料的制备方法及应用研究13气分离.多孔金属的渗透性主要取决于孔的性质和渗透流体的性质.过滤器的原理是利用多孔金属的孔道对流体介质中粒子的阻碍作用，使得要过滤的粒子在渗透过程中得到过滤，从而达到净化分离的目的.铜、不锈钢、钛等多孔金属常用来制作金属过滤器，多孔金属过滤器被广泛应用于冶金、化工、宇航工业、环保等领域.在冶金工业中，通常用多孔不锈钢对高炉煤气进行除尘;回收流化床尾气中的催化剂粉尘;在锌冶炼中用多孔钛过滤硫酸锌溶液;熔融的金属钠所采用的是镍过滤器，此过程用于湿法冶炼钽粉等.在化工行业中，多孔不锈钢、多孔钛具有耐腐蚀性，常用作过滤器来进行过滤.比如一些无机酸或有机酸，如硝酸、亚硝酸、硼酸、96!硫酸、醋酸、草酸;碱、氢氧化钠;熔融盐;酸性气体，如硫化氢、气态氟化氢;一些有机物，如乙炔;此外，还有蒸汽、海水等.在宇航工业中，航空器的净化装置采用的是多孔不锈钢，制导舵螺中液压油和自动料管路中气体的净化也是采用这种材料，此外还可用于碳氢化合工艺中催化剂的回收.在环保领域里，主要是利用过滤器来净化烟气、废气及污水处理等方面.其中要实现气-气分离，需要对多孔材料的尺寸有更精准的要求，涉及到纳米多孔金属材料的制备工艺及其具有的性能等问题.奚正平等对洁净煤、高温气体净化、汽车尾气净化等技术作了具体的阐述，使用这些技术有利于缓解当前的环保问题.此外，医学上常用多孔钛可过滤氯霉素水解物，也可作为医疗器械中人工心肺机的发泡板等.2.2.2消音减震材料利用多孔金属材料的高孔隙率性能，可制作吸声材料.在吸声的作用上，通孔材料明显优于闭孔材料.通过改善声波的传播途径来达到消音的目的，这与多孔金属材料的材质和孔洞的结构密切相关.因为多孔钛还具有良好的耐高温、高速气流冲刷和抗腐蚀性能，所以被应用到燃气轮机排气系统等一些特殊的工作条件中，这种排气消声装置轻质、高效率、使用寿命长.段翠云等介绍了吸声材料的分类及应用，探讨了空气流阻和孔隙结构对吸声特性的影响. 王月等制备了孔径为2 ～ 7 mm，孔隙率为80!～90!，平均吸声系数为0. 4 ～ 0. 52 的泡沫铝，结果表明孔径越小，孔隙率、厚度越大，吸声性能越好. Ashby MF等在书中提到了利用泡沫金属的吸声性能可以生产消声器产品.利用多孔金属材料的抗冲击性，可用来制作减震材料.多孔金属的应力-应变(σ-ε)曲线可以分为三个阶段，即弹性变形阶段、脆性破碎阶段和紧实阶段，进而可以划分为三个区域.从曲线走势来分析，当多孔金属材料在受到冲击力时，应变滞后于应力，所以其在受到外界应力时首先变形的是它的骨架部分，随着外界应力的增大，骨架易发生破碎，当骨架受到挤压时，应变不再发生很大的变化.其中破碎阶段的起点为多孔材料的屈服强度.当受到外加载荷时，孔的变形和坍塌会消耗大量能量，从而使得在较低的应力水平上有效地吸收冲击能.中间部分区域表现出它的能量吸收能力，左边部分区域面积表现出它的抗冲击能力，面积越大，它所属的性能越好.2.2.3电极材料由于多孔金属材料具有高孔隙率、比表面积大等优点，因此常用来制作电极材料，常用的有多孔铅、镍等.刘培生等结合多孔金属电极的类型和特点，阐述了其制备工艺和性能强化的必要性，值得深思.多孔铅可用作铅酸电池中反应物的载体，可以填充更多的活性物质，减轻了电池重量，也可以用作良好的导电网络以降低电池内电阻.轻质高孔隙率的泡沫基板和纤维基板，与传统的烧结镍基板相比有明显的优势，前者有高能量密度、良好的耐过充放电能力、低成本，满足了氢镍、镉镍等二次碱性电池的技术要求.多孔镍在化学反应工程中用作流通性和流经型多孔电极，因为它除具有上述优点外，还可以促进电解质的扩散、迁移以及物质交换等.此外，它还可用作电化学反应器.袁安保等具体分析了镍电极活性物质的结构、性质以及热力学和动力学，而且研究了它的制备工艺及应用，对MH-Ni电池的开发具有重要意义.孔德帅等制备出了纳米多孔结构的镍基复合膜电极，结果表明，此复合膜在20A·g-1的冲放电流密度下，经过1000次充放电循环，电容保持率为94!.近年来，对锌镍电池的研究受到了国内外的热切关注，费锡明等针对锌镍电池制作技术的进展，阐述了当前面临的诸多问题并提出了相应的解决方案，为新型化学电池的进一步研究提供了重要线索.2.2.4催化载体材料泡沫金属韧性强、高传导、耐高温、耐腐蚀等性能，可制作催化载体材料.由于载体本身的比表面积较小，为增大金属载体与催化剂活性组分之间的结合力，需预先在载体上涂上一层氧化物.然后将催化剂浆料均匀涂抹在泡沫金属片的表面，经过压制成型，再将其置于高温环境中，可以使电厂废弃料得到有效妥善处理.2.2.5生物医学材料多孔钛及钛合金在医学上作为修复甚至替代骨组织的材料，需要具有较好的生物相容性，否则会使人体产生不良反应.而且要与需替代组织的力学性能相匹配.一般通过控制孔隙的结构和数量来调整多孔钛的强度和杨氏模量.多孔镁在生物降解和生物吸收上有很好的作用，也可作为植入骨的生物材料.此外，多孔金属材料具有良好的电磁波吸收性能，可以作电磁屏蔽材料;对流体流量控制有较高的精准度;具有独特的视觉效果，利润高，可以用作如珠宝、家具等装饰材料.3、多孔金属材料的研究现状及存在问题1)近些年来对多孔金属的研究多为低熔点、轻金属，其中研究最多的为泡沫铝.人们利用多孔金属的性能，将其运用到了实际生产和生活中，但对它的其他性能还有待研究和探索.多孔金属的研究范围、应用领域还需要进一步扩展，如多孔金属在催化领域、电化学领域或其他领域的应用等.2)在多孔金属材料的制备方法中，都存在孔隙在金属基体上的数量和分布等关键问题.孔径尺寸、孔隙率的可控性和孔隙分布的均匀性等性质，以及多孔金属的作用机制还需要进一步探究和完善.3)多孔金属材料作为冶金和材料科学的交叉领域，需要强化综合多方面的理论知识，而不是就单一方面进行研究.在多孔金属材料课题研究过程中，需要在理论分析的基础上，在实践过程中尽可能降低成本，避免材料的浪费，简化工艺，缩短工序.4)一些多孔金属材料的开发，还停留在实验室阶段，距工业中大规模生产和应用还存在着很大距离，需要研究者们共同努力，早日实现需求-设计-制备-性能-应用一体化.对金属多空材料的应用有着重要的作用，金属多孔材料是有着功能和结构双重属性的工程材料，尤其是在近些年的'发展过程中使其得到了较为广泛的应用。
多孔金属材料
多孔金属材料
多孔金属材料是一种具有特殊结构和性能的材料，其具有许多独特的优点，因
此在各个领域都有着广泛的应用。
多孔金属材料通常具有高度的孔隙率和较大的比表面积，这使得它们在吸附、过滤、隔热、隔声等方面具有独特的优势。
本文将介绍多孔金属材料的组成、制备方法以及应用领域。
多孔金属材料通常由金属颗粒或纤维通过一定的方法组装而成，其孔隙结构可
以精确控制，从而实现对材料性能的调控。
常见的多孔金属材料包括泡沫金属、多孔板、网状结构等。
这些材料具有高度的孔隙率和连通的孔隙结构，使得气体和液体可以在其中自由流动，具有优秀的过滤和吸附性能。
制备多孔金属材料的方法多种多样，常见的方法包括模板法、发泡法、粉末冶
金法等。
模板法是利用模板的空隙结构来制备多孔金属材料，可以通过模板的选择来控制孔隙结构和孔隙大小；发泡法是利用金属的发泡性质来制备多孔金属材料，可以实现大面积、连续生产；粉末冶金法是利用金属粉末的成型和烧结来制备多孔金属材料，可以实现复杂形状和微观结构的控制。
多孔金属材料在各个领域都有着广泛的应用。
在能源领域，多孔金属材料可以
作为催化剂载体、电极材料等，具有优异的传质性能和催化性能；在航空航天领域，多孔金属材料可以作为轻质结构材料、隔热隔烟材料等，具有优异的强度和耐高温性能；在生物医学领域，多孔金属材料可以作为植入材料、药物载体等，具有良好的生物相容性和生物活性。
总之，多孔金属材料具有独特的结构和性能，其制备方法多样，应用领域广泛。
随着材料科学的不断发展，相信多孔金属材料将会在更多领域展现出其独特的价值，为人类社会的进步做出更大的贡献。
2金属多孔材料及其制备汇总
活性炭 + 脱脂棉
◆ 大输液制取中的脱碳
金属过滤器（青铜、不锈钢、镍）
多孔不锈钢或钛取代了砂滤棒，过滤效率提高数倍，维护 费用降低。
◆ 湿法钽粉生产中熔融钠的过滤
多孔镍
高炉煤气的净化
多孔不锈钢
3
2
◆ 原子能工业，UF6提炼中流化床尾气过滤
多孔镍、不锈钢 多孔不锈钢
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五、消声降噪 与其他消声材料（木质、化学纤维）相比： ◆ 耐高温，受热不放出有毒物质； ◆ 刚性好，可独立制成消声板材； ◆ 不易变质和污染，易于回收再利用； 建筑、车辆、舰船等消声降噪材料； 高架桥吸声衬底、高速公路隔音屏障、隧道壁墙； 工厂机械消音屏； 军事上鱼雷隔音板； ……………
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六、生物植入体 生物相容； 力学性能好； 多孔结构：固定更可靠、 利于体液营养成分传输， 大大缩短康复期； 人体骨组织缺损的修复与替代 七、其他应用 多孔电极、电容； 电磁屏蔽：电子仪器设备、飞行器屏蔽层； 发汗材料； ……………
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金属多孔材料的制备
一、传统制备方法
以金属粉末（或 与非金属粉末混 合）为原料，经 成形烧结制备金 属多孔材料。
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1. 模压成形与烧结
润滑剂：甘油、硬脂酸等，减小摩擦力，提高均匀性 黏结剂：树脂、聚乙烯醇等 造孔剂：碳酸氢铵、硬脂酸锌、硫酸铵等 增塑剂：石蜡等 添加剂以溶液形式加入(溶入汽油、丙酮、酒精等)，均匀
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2. 等静压成形
◆ ◆ ◆ ◆
制备异型制品 大尺寸 密度较均匀 尺寸精度稍差
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3. 松装烧结
◆ 粉末松装或经振实装入模具中烧结 ◆ 依靠烧结过程中粉末颗粒间的相互黏结形成多孔烧结体 ◆ 采用粒度分布窄的球形粉末 ◆ 可加入疏松剂提高孔隙度（最高可至70-90%） ◆ 可制备筒状、杯状、薄片多孔材料 ◆ 通过剪切和焊接制备各种形状的多孔零件
多孔金属材料的制备方法及应用
多孔金属材料的制备方法及应用摘要：孔金属材料由于具有独特的综合性能，近年来逐渐成为研究热点。
科研水平的提高使一些多孔金属材料的孔隙率可以达到90%以上，但许多的多孔金属材料的制备仍然存在很大的挑战。
本文主要对多孔金属材料的几种制备方法和多孔金属材料的应用进行了介绍，并对今后的研究热点作了展望。
关键词：多孔金属材料；制备方法；应用引言：多孔金属材料是一类新型的金属材料，与传统金属材料和其他多孔材料相比在某些方面具有更佳的性能，且随着研究的发展，多孔金属材料的应用领域变得更加宽泛。
简要回顾了多孔金属材料的研究历史，重点综述了几种常用的多孔金属材料的制备方法及其适用性，并对多孔金属材料的应用领域作了介绍，最后展望了多孔金属材料的研究趋势。
1多孔金属材料的制备工艺铝合金在工业上广泛用于制造金属泡沫。
除了铝之外，钛、铁、锌、铜等材料也在工业上得到了应用，但与铝相比，它们的存在率仍然很低。
不同的应用需求对多孔金属材料的孔隙率要求不同，根据多孔金属材料加工产生孔隙时的金属的物质状态（固态、液态、气态或电离态）对各种制备工艺进行分类：固相法、液相法、沉积法。
1.1固相法固相法制备多孔金属材料是对固相金属进行烧结，且在此过程中金属始终保持固态，此工艺方法包含的种类较多，较容易制备大块的材料，该方法操作简单，得到的金属孔隙率高、分辨率高、孔隙分布均匀，缺点是得到的多孔金属材料强度低，常用于制备的多孔金属材料有铝、钛、不锈钢、铜、钼等。
通常固相法常用的制备方法主要有粉末烧结法、粉末发泡法、氧化还原烧结法、空心球烧结法等。
1.2液相法液相法制备多孔金属材料是在液态金属中获得孔隙结构或者是熔化含有气体发泡剂预制体释放气体，气体扩散获得孔隙结构，以此获得多孔金属材料。
该方法的优点是操作简单、成本低、孔隙率高，但不太适用于熔点高的材质。
受液态金属粘度的影响，所得到的多孔金属材料孔隙结构不均匀，力学性能较差，多适用于制备铝合金、钢、铜、青铜、黄铜等多孔金属材料。
铌铝金属间化合物制备的研究进展
铌铝金属间化合物制备的研究进展1.引言介绍铌铝金属间化合物的意义及相关研究现状2.铌铝金属间化合物制备方法（1）机械合金化法（2）热处理法（3）物理气相沉积法（4）化学气相沉积法（5）其他制备方法3.铌铝金属间化合物的性质研究（1）结构特征（2）物理性质（3）化学性质（4）力学性质4.铌铝金属间化合物的应用研究（1）高温结构材料（2）电池材料（3）红外探测材料（4）超导材料（5）其他领域的应用研究5.总结与展望总结现有研究成果，展望未来铌铝金属间化合物的发展方向和应用前景。
铌铝金属间化合物制备的研究进展随着材料科学的不断发展，新型的金属间化合物作为一种重要的材料，吸引了越来越多科学家的关注。
其中，铌铝金属间化合物具有一些良好的性质，比如高温强度高、氧化性能优良、硬度高等，已成为当今材料科学领域中的研究热点之一。
铌铝金属间化合物的制备方法主要有机械合金化法、热处理法、物理气相沉积法、化学气相沉积法等多种方法。
机械合金化法是目前最为成熟的铌铝金属间化合物制备方法之一，它利用球磨过程中固体混合物的反应，能够实现原位化合物的合成。
热处理法是一种将两种预制金属的混合物在高温下进行处理，使其形成化合物的方法。
物理气相沉积法和化学气相沉积法则是利用高温下气体分子的反应制备铌铝金属间化合物的方法，这些方法制备出的铌铝金属间化合物具有较为均匀的表面形貌和较高的结晶度。
除了这些制备方法之外，一些新的制备方法也陆续出现。
其中，以分子束外延生长法和反应热化学镀技术为代表的纳米级制备方法，已经成为了铌铝金属间化合物领域的前沿研究方向。
铌铝金属间化合物的性质研究也是该领域的一大热点之一，其具有良好的物理性质、化学性质、力学性质等。
铌铝金属间化合物的结构特征方面，硬球模型的理论研究表明，该化合物的3D晶体结构是由等电子正电子对形成的，具有配位数为12的多面体八方向体结构。
在物理性质方面，铌铝金属间化合物具有良好的热稳定性和电力学特性，这些特性使得其在高温结构材料、电池材料、红外探测材料、超导材料等多个领域都有着广泛的应用前景。
第8章TiAl系金属间化合物
Grain size, μm
270 240 200 120 100 50 220 210 300 40 150 60
19
层片间距细化
TiAl基合金层片间距大小主要依赖于铝含量、合金组成 和冷却速度。由下图可以看出层片间距随冷却速度增加而降 低，随Al含量增加而增加。
λ ,nm
2500
▼ Ti-48Al 2000 ▲ Ti-46Al
TiAl基合金晶粒尺寸与室温塑性的关系
25
（3）控制等轴γ相、α2相及层片组织的含量。 研究双相TiAl合金组织中层片体积百分数对塑性影响
的规律表明，当层片体积L与块状γ相体积Lγ间的比值 （L/Lγ）为0.3-0.4时，可以获得最佳的塑性。
另外，双相合金中的α2相与γ的体积比应控制在5%20%范围内，若α2相过多（﹥20vol%）将导致合金塑性降 低，这是由于α2相与γ相相比更脆造成的。
14
TiAl基合金显微组织取决于合金成分、冷却速度及 加工方法。 通常，铸态TiAl基合金的凝固组织为粗大的柱状晶。 将铸态和热加工态的铝含量在46-48at%Al范围内 TiAl基合金在不同温度区间进行热处理，可得到四 种典型的室温显微组织：
➢全层片状组织(FL)； ➢近层片状组织(NL)； ➢双态组织(DP)； ➢近γ相组织(NG)。
30
断裂韧性与层片间距的Hall-Petch关系
研究表明，TiA1基合金断裂韧性K1C、Kmax与层片间距也 满足Hall-Petch关系，具体如下：
K1C (or Kmax ) K0 k 1/ 2
式中K0可定义为内禀K1C，k是Hall-Petch常数。 断裂韧性随层片间距的降低而增加被认为是由于穿过
➢ 近片层组织有最好的强度，并有一定的塑性； ➢ 全片层组织晶粒大，强度低，塑性差，但有优良断裂韧性
ti-al金属间化合物的力热性能及其能带计算
摘要Ti-Al合金是一类倍受人们关注的重要材料，由于它具有优异的物理性能，因此它在航空航天、汽车制造等领域有着广泛而重要的应用。
在Ti-Al合金的设计和应用中，往往需要对其有关力热性能和电子结构有较深入的了解和掌握，因此“Ti-Al金属间化合物的力热性能及其能带计算”论文具有重要的理论意义与价值。
本文针对Ti-Al合金中的TiAl、TiAl2、TiAl3、Ti3Al金属间化合物的有关力热性能和能带，采用基于密度泛函理论的第一性原理以及Materials Studio软件中的CASTEP软件包进行了理论计算。
在计算过程中，首先利用广义梯度近似（GGA）中的PBE方法，对晶体的结构进行了几何优化，得出了平衡晶格常数。
在此基础上，利用生成热和结合能相应的公式，计算得到了四种金属间化合物的生成热、结合能的具体数值。
利用广义梯度近似（GGA）中的PW91方法对Ti-Al合金的各个相的弹性系数进行计算。
以及对电子能带和电子态密度曲线进行了计算，并对计算结果进行了理论分析。
计算结果表明：在上述四种金属间化合物中，由生成热、结合能的计算结果比较得出，在Ti-Al合金的四个相中Ti3Al的合金化形成能力最强，而且结构也最稳定，通过对弹性系数的计算结果分析得出四种相的各种弹性系数，其中Ti3Al相呈韧性，且抗变形能力最强，刚性也最强，体现出良好的综合力学性能。
通过能带、态密度的计算与分析得出，上述四种合金都属于金属性材料，但是TiA13相的金属性较其另三种材料弱一些。
其结果与其他学者实验及理论研究的结果基本相符。
本文的计算结果为相关的理论及应用研究提供了有益的参考。
关键词：Ti-Al合金，密度泛函理论，第一性原理，热力性能，电子结构AbstractTi-Al alloy is one of the most important materials,which has been widely used because of its excellent physical properties.In the design and application of Ti-Al alloy, often need to have a deeper understanding and mastery of the relevant mechanical and thermal properties and electronic structure,Therefore,the paper has important theoretical significance and value in the calculation on mechanical and thermal propertiesand energy band of intermetallic compounds in Ti-Al.The mechanical and thermal properties and energy band of the intermetallic compounds TiAl,TiAl2,TiAl3and Ti3Al in the Ti-Al alloys were theoretically calculated based on density functional theory(DFT)and first principles,using the software package of CASTEP of Materials Studio.In the process of calculation,firstly,the crystal structure of GGA is optimized by using the PBE method in the generalized gradient approximation. On this basis,the formation enthalpy and cohesive energy of four kinds of intermetallic compounds were calculated by using the corresponding formulas of heat and energy.The elastic coefficient of each phase of Ti-Al alloy was calculated by the PW91method in the generalized gradient approximation(GGA).The electron energy band and electron state density curves are calculated,and the results are theoretically analyzed．The calculation results show that the compounds in the four kinds of metal,the heat of formation,the binding energy calculation results shows that the formation of the strongest in the four phase of Ti-Al alloy Ti3Al alloy,and the structure is the most stable,through the calculation of the elastic coefficient of the four phase of the analysis of various elastic coefficient.The Ti3Al phase is toughness,and anti deformation ability is the strongest, rigidity is also the strongest,shows good mechanical properties.Through the calculation and analysis of the energy band and the density of States,the above four kinds of alloys belong to metallic materials,but the metallicity of TiA13is weaker than that of the other three materials.These results are consistent with the conclusions given by other criteria.The results of this paper provide a useful reference for the relevant theoretical and applied research.Key words：Ti-Al alloy,density functional theory,first principle,thermal performance，electronic structure目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1钛铝合金的特点和研究现状 (1)1.1.1钛、铝的基本特点 (1)1.1.2钛合金的基本特点 (3)1.1.3钛铝合金的结构及分类 (4)1.1.4Ti-Al合金的研究与发现 (4)1.2Ti-Al合金的应用前景 (5)1.3本课题目的、意义与工作设想 (7)1.3.1本课题目的 (7)1.3.2选题意义 (7)1.3.3工作设想及目标 (8)第2章密度泛函理论及Materials Studio软件 (9)2.1多粒子体系的Schrdinger方程 (9)2.2玻恩-奥本海默近似 (10)2.3哈特利-福克近似 (10)2.4密度泛函理论 (12)2.4.1霍亨伯格—孔恩定理 (12)2.4.2孔恩-沈吕九方程 (13)2.5局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA） (13)2.5.1局域密度近似（LDA） (13)2.5.2广义梯度近似（GGA） (14)2.6常用赝势 (15)2.7第一性原理 (15)2.8Materials Studio计算软件 (15)第3章Ti-Al合金的力热性能的计算 (18)3.1计算方法 (18)3.2计算模型 (19)3.3力热性能计算结果与分析 (21)3.3.1平衡晶格常数 (21)3.3.2生成热与结合能 (22)3.3.3弹性性质计算结果与分析 (23)3.4小结 (24)第4章Ti-Al合金的电子结构的计算 (25)4.1TiAl合金的电子结构计算及其分析 (25)4.2TiAl2合金的电子结构计算及其分析 (27)4.3TiAl3合金的电子结构计算及其分析 (29)4.4Ti3Al合金的电子结构计算及其分析 (31)4.5小结 (33)第5章结论 (35)参考文献 (36)在学研究成果 (39)致谢 (40)第1章绪论1.1钛铝合金的特点和研究现状1.1.1钛、铝的基本特点钛作为一种重要的结构金属在上世纪五十年代得到了大力发展，钛合金因为具有耐高温、耐腐蚀性强、强度高等优异的物理性能，从而被许多国家广泛研究与应用。
多孔金属材料的制备方法及应用研究论文
多孔金属材料的制备方法及应用研究论文多孔金属材料是一种具有开放孔隙结构的金属材料，其具有较大的比表面积、高孔隙度和良好的传质性能。
多孔金属材料广泛应用于催化剂载体、过滤器、吸附剂、能源储存等领域。
本文将介绍多孔金属材料的制备方法，并综述其在不同领域的应用研究。
多孔金属材料的制备方法主要包括模板法、重浸渗法和自由空间滴定法等。
模板法是最常用的制备方法之一，其原理是利用模板物质的模板效应，在金属材料表面形成孔隙结构。
常用的模板物质包括硅胶、陶瓷和树脂等。
重浸渗法是将金属固体与液态金属浸渍剂接触，经过多次渗透后，形成多孔金属材料。
自由空间滴定法是将金属粉末悬浮液滴入高温容器中，通过控制滴定速度和温度，使金属粉末形成多孔结构。
多孔金属材料在催化剂载体领域具有广泛应用。
催化剂载体是催化剂的重要组成部分，能够提高催化反应的效率和选择性。
多孔金属材料具有高比表面积和较大的孔隙度，能够提供充足的反应活性位点和更好的传质性能，从而增强催化剂的催化活性。
研究表明，多孔铝合金材料可用作高性能汽车尾气催化剂载体，其孔隙结构能够提供更大的表面积和更好的热稳定性，从而提高汽车尾气催化剂的催化效率。
多孔金属材料在过滤器领域也有广泛的应用。
传统的过滤器材料如滤纸和滤布往往无法有效过滤微米级颗粒物。
多孔金属材料具有较大的孔隙度和高效的固液分离能力，能够有效过滤微米级颗粒物和悬浊液体。
研究表明，多孔不锈钢材料可用于水处理过滤器，其优良的固液分离性能能够有效去除水中的悬浊物和颗粒物，从而提高水的质量。
此外，多孔金属材料还应用于吸附剂和能源储存等领域。
多孔金属材料可以通过控制孔隙结构和表面化学性质，具有高效吸附和储存气体、液体和离子的能力。
研究表明，多孔铜材料可用于储氢材料，其高比表面积和可调控的孔隙结构能够提高氢气的吸附容量和释放速率，从而提高储氢材料的储氢性能。
综上所述，多孔金属材料通过不同的制备方法可以获得不同孔隙结构和性能，具有广泛的应用前景。
纳米多孔金属材料的制备与性能研究
纳米多孔金属材料的制备与性能研究随着科学技术的不断发展，纳米材料在各个领域展现出了巨大的潜力。
其中，纳米多孔金属材料作为一种重要的纳米材料，在催化、能源储存、传感器等领域具有广泛的应用前景。
本文将重点探讨纳米多孔金属材料的制备方法以及其在各个领域中的性能研究进展。
一、纳米多孔金属材料的制备方法1. 溶剂热法溶剂热法是一种常用的纳米多孔金属材料制备方法。
一般来说，该方法需要采用一种有机溶剂和金属盐进行加热反应。
在反应过程中，溶剂的热解释放出的气体会形成孔洞结构。
通过控制反应条件中溶剂的种类、浓度和反应温度等因素，可以得到不同孔径和孔壁的纳米多孔金属材料。
2. 模板法模板法是一种制备纳米多孔金属材料的常见方法。
该方法使用一种具有特殊结构的模板作为模板。
首先，将金属溶液浸渍在模板上，然后进行热处理，使金属溶液沉积在模板的孔洞内。
最后，通过模板的去除，纳米多孔金属材料得以制备。
模板法制备的纳米多孔金属材料具有高孔隙度和可控的孔径尺寸，适用于催化剂和储能材料的制备。
3. 电沉积法电沉积法是一种通过电化学反应在电极上制备纳米多孔金属材料的方法。
通常，该方法将金属盐溶液作为电解液，将电极作为阳极或阴极。
通过调节电化学反应条件，如电位、电流密度和反应时间等，可以控制纳米多孔金属材料的形貌和孔隙结构。
电沉积法制备的纳米多孔金属材料具有高比表面积和良好的电化学性能，在储能和传感器领域具有较大的应用潜力。
二、纳米多孔金属材料的性能研究1. 催化性能纳米多孔金属材料在催化领域中展现出了重要的应用价值。
首先，由于其高比表面积和多孔结构，纳米多孔金属材料具有较高的反应活性。
其次，纳米多孔金属材料具有可调控的孔径尺寸和孔隙结构，可以提供更多的活性位点，有利于催化反应的进行。
最后，纳米多孔金属材料还具有较好的传质能力和稳定性，能够提高催化反应的效率和持久性。
2. 能源储存性能在能源储存领域，纳米多孔金属材料也显示出了良好的性能。
多孔金属材料的制备工艺及性能探究
Engineering 工程多孔金属材料的制备工艺及性能探究谢中柱1’2’3许并社2’3樊建锋2’3(1.太原学院机电工程系，山西太原030032;2. 太原理工大学新材料工程技术中心，山西太原030024;3. 太原理工大学材料科学与工程学院，山西太原030024)摘要：本文介绍了多孔金属材料的发展情况，以多孔金属材料的制备工艺为主，阐述了其功能应用及未来发展。
多孔 金属材料的制备方法主要体现在熔体、粉末和沉积三个方面。
介绍了各种工艺的制备原理和性能以及优缺点和工艺的金属 材料，并简单介绍了国内的造孔剂给多孔金属材料带来了现在的状况和成果。
多孔金属材料的用处多，可以用于结构和功 能上，有益于减振、吸能及轻量化。
关键词：多孔金属材料；制备工艺；性能应用中图分类号：T B383.4 文献标识码：A文章编号：1671-0711 (2016) 11 (下）-0095-02随着社会的进步，多孔金属材料越来越发展快 速，已经成为近几十年来发展的新型结构和功能的材 料，它的内部分布着多量的孔洞。
孔洞又分为闭孔和 开孔。
闭孔材料的比重较小，它的刚度和强度比较大, 吸振;性能强，它的孔洞一般都是单独存在的，这是与 开孔不同的地方；开孔的渗透性和通透性比较好，一般都是三维多孔结构组成的，它的特点可能比闭孔更 好一点。
这种多孔的金属材料的应用领域也是越来越 广泛，不仅在交通领域、建筑工程等领域，在航天技 术上有着更大的作用。
1多孔材料的金属熔体的工艺1.1熔体发泡法溶体发泡法是一种向熔融金属中加入发泡剂的 方法，这种发泡剂能够使金属受热分解产生气体，产生的气体会凝固在金属的内部，经过处理的过程，最后生成多孔材料。
使用这种方法一般都是低溶点 的金属，关键就在于选择合适的发泡剂。
这种发泡 剂要适应金属溶体的材料，在选择上也是一种必须 的工作。
这种金属工艺虽然简单方便，但是制成的 多孔金属材料可能还有待提高质量。
1.2渗流铸造法渗流铸造法是另外一种金属溶体的方法，它是 将无机或者有机的可溶性颗粒或者是中空球放在耐 高温的铸模内，然后在这些孔隙中渗入金属溶液，然后通过其他的热处理方法将颗粒去除，最终得到 想要的多孔金属材料。
金属多孔材料的制备及其应用
金属多孔材料的制备及其应用金属多孔材料是一种具有广泛应用前景的材料。
随着人们对环境、能源等问题的关注与日俱增，金属多孔材料因其独特的孔隙结构、高表面积、优异的机械性能等特点，正在成为材料科学领域研究的热点。
一、金属多孔材料的制备1.1 自组装法自组装法是一种简单、低成本、易于操作的制备多孔材料的方法。
其主要原理是利用自组装分子的特性，在表面活性剂、聚合物等有机分子的调控下，使金属或金属氧化物自组装成多孔结构。
例如，通过自组装法制备的多孔铜材料，在电催化氧还原反应、吸附气体、传感器、催化剂等领域具有广泛的应用。
1.2 模板法模板法是通过利用各种模板，在其表面及内部涂覆金属或金属氧化物，并在模板去除后得到多孔材料的一种方法。
常用的模板包括有机高分子、硅藻土、介孔二氧化硅等。
通过调控模板的形貌和结构，可以得到不同形状和孔径大小的多孔材料。
例如，利用硅藻土为模板制备的铝氧化物多孔材料，具有优异的催化性能和吸附性能。
1.3 电化学氧化还原法电化学氧化还原法是一种利用电化学反应在电极表面或液相中形成多孔材料的方法。
该方法制备的材料具有良好的可控性和可重复性。
例如，利用电化学氧化还原法制备的钼纳米线多孔材料，在电催化和电化学吸附领域有着广泛的应用。
二、金属多孔材料的应用2.1 催化剂金属多孔材料作为催化剂载体具有较大的比表面积和孔隙体积，可以提高催化反应的效率和选择性。
例如，利用模板法制备的介孔硅藻土载体负载金属催化剂，在有机物合成、石油加工等领域有着重要应用。
2.2 气体分离金属多孔材料的孔径大小和孔隙结构可以被调控，可以用于气体的分离。
例如，通过调节多孔铝材料的孔径和孔隙结构，可以实现对不同大小分子的分离，具有应用前景。
2.3 生物医学材料金属多孔材料可以被用作生物医学材料的载体，其中具有重要性的应用是利用多孔金属材料制备骨修复材料。
例如，利用钛多孔材料可以促进骨细胞的增殖和成骨，具有广泛的应用前景。
2.4 电化学储能金属多孔材料作为电极增材材料，可以提高电化学储能器件的性能。
先进金属结构材料-金属间化合物结构材料
基本结构
DO3 超结构：
以Fe3Al 为其代表。Al 只占X之上，其余为 Fe 原子所占据。如果增加 Al含量，Al原子将占据 Y位置,直到FeAl成分， Al 原 子 占 满 X 和 Y 点 阵 位置，就成为B2结构。 另外一个例子是Fe3Si。
基本结构
DO19或Mg3Cd型超点 阵
相 当 四 个 密 堆 六 角 亚 点阵穿插组成。其中 Cd 占 据 一 个 亚 点 阵 ， Mg占据三个亚点阵。
化合物
Nb5Si3 Mo5Si3 Ti5Si3 MoSi2 Mo3Si Nb3Al Nb2Al NbSi2
V3Si Nb2Al NbBe17 Ti5Ge3 Cr3Si Cr2Nb NbAl3 Ti3Sn NbBe12 Fe2Zr ZrBe13 NiAl
熔点(℃) 2480 2180 2130 2030 2025 1963* 1940* 1930 1925 1871 1800* 1800* 1770 1720 1680* 1680* 1672* 1645 1645* 1640
典 型 的 例 子 有 ： Ni3Al 、 Al3U、Co3V、FeNi3、 FePd3。
Au
Cu
基本结构
L11(CuPt的菱方超结构)
有序化后，原面心立方的 （111）面交替的被Cu及 Pt原子所占据，晶体结构 发生变形由立方变成菱方。 CuPt是唯一的一个例子。
基本结构
L10（CuAu I超结构）
Sij ijdr
影响大小的主要因素是原子间的距离r和原子轨道的相对取 向。
共价键表现出明显的方向性就主要取决于重叠积分对原子间 相对取向的依赖。
成键方向性
在金属间化合物组成原子间存在着具有显著方向性的共价键。 如Fox和Tabbemor利用功能电子衍射对β/ NiAl 的几个低角结 构因子进行了精确的测定，所给出的变形电荷密度分布图 （如下）清楚地显示了Ni-Al之间具有明显方向性的共价键作 用的存在。
梯度孔径FeAl金属间化合物多孔材料的制备与性能
第 １ ６卷第 １期
、ｏ１１ Ｎｏ． ， ． ６ １
粉 末 冶 金 材 料 科 学 与工 程
Ｍ ａ ｅ ｉ ｓＳｃｅ ｅａ ｔ ｒａｌ ｉ ｎｃ ｎｄ Ｅｎｇｉ ｅ ｉ ｆＰｏ ｄｅ ｅ ａ ｌ ｒ ｙ ｎｅ ｒｎｇ ｏ ｗ ｒＭ ｔ ｌｕ ｇ
Hale Waihona Puke ２ １ 年 ２月 ０１ ｔ ｒ ｕ ｈ ｅｅ ｎ ａｔ ｌ ｉｆ ｓｏ ｎ ｅ ｃ ｉ ｅｓ ｎｈ ｓｓ ｓｎ ｅ ｈ ｏ ｇ ｌｍｅ ｔ ｒｉ ｆ ｉ ｎ ａ ｄｒ ａ ｔ ｙ ｔ ｅ ｉ ｉ ｇ Ｆ 、Ａ１ ｘｕ ｅｐ ｗｄ ｒａ ｗ ｔ ｒ ｌ． ｈ ｏ ｅ ｓ ｕ ｔｒ ｐ ａｄ ｕ ｖ ｕ ｔ ｒ ｏ ｅ ｓ ａ ｍａｅ ｉ ｓ Ｔ ｅｐ ｒ ｔ ｃｕ ｅ ｍｉ ｒ ａ ｒ ｏ ｏ ｏ ｓｓ ｐ ｏ ｔａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｒ — ｒ ｄ ｅ ｔ ｅ ｏ ｏ ｓａ ｌｙ ａｅ ｃ ａ ａ ｔｒｚ ｄ ｂ Ｄ， Ｅ ， ｔ ． ｈ ｆ ｃ ｆｐ ｅ ｓ ｇ ｆ ｒ ｕ ｕ ｐ ｒ ｎ ｈ ｏ ｅ ｇ ａ ｉｎ Ａ１ ｒ ｕ ｌ ｒ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｅ ｙ ＸＲ ｐ Ｆ ｐ ｏ Ｓ Ｍ ｅｃ Ｔ ｅ ｅ ｆ ｔｏ ｒ ｓ ｉ ｅ ｎ
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金属多孔材料的力学性能及制备方法研究进展
⾦属多孔材料的⼒学性能及制备⽅法研究进展⾦属多孔材料的⼒学性能及制备⽅法研究进展姓名:李国灿专业:材料科学与⼯程班级:材料092 学号:200910204212摘要:综述了⾦属多孔材料的⼏种常见的⼒学性能的研究进展，并对固相法、液相法、电沉积法、⽓相沉积法等⾦属多孔材料的主要制备⽅法进⾏了总结。
同时，指出当前⾦属多孔材料发展⽅向以及前景。
关键词:⾦属多孔；制备⽅法；⼒学性能；发展⽅向1 引⾔⾦属多孔材料是⼀类具有功能和结构双重属性的特殊的⼯程材料。
近年来⾦属多孔材料的开发和应⽤⽇益受到⼈们的关注。
⾦属多孔(泡沫⾦属)材料是20世纪80年代后期国际上迅速发展起来的，是由刚性⾻架和内部的孔洞组成，具有优异的物理特性和良好的机械性能的新型⼯程材料。
它具备的优异物理性能，如密度⼩、刚度⼤、⽐表⾯积⼤、吸能减振性能好、消⾳降噪效果好、电磁屏蔽性能⾼，使其应⽤领域已扩展到航空、电⼦、医⽤材料及⽣物化学领域等。
近年来随着⾦属多孔材料的应⽤领域不断扩⼤，对⾦属多孔材料的性能提出了更⾼的要求。
例如⾼温⽓体除尘⽤的过滤材料要求具有优良的⾼温强度、良好的耐⾼温⽓体腐蚀能⼒、可再⽣等要求因此对⾦属多孔材料⼒学性能的研究是⼗分有必要的。
为了得到不同性能的多孔⾦属，各种制备⽅法被相继提出，如直接发泡法，精密铸造法，⽓泡法，烧结法和电沉积法等。
2 ⾦属多孔材料的学性能测试⽅法与结果2.1 ⾦属多孔材料的环拉强度针对过滤管在使⽤过程中受到径向冲击⼒的受⼒状态，设计了环拉强度及其检测⽅法。
其⽰意图如图l所⽰。
样品采⽤等静压成型的中Φ50 mm×2 5 mm的管样，2个半圆柱状拉伸模套在多孔管内壁，从拉伸模通孔处施加⼀对向外的拉⼒。
图1⾦属多孔材料环拉强度检测⽅法⽰意圈环拉强度由以下公式计算:δ：环拉强度：F：破坏⾦属多孔环时的瞬时⼒：S：多孔圆环受⼒⾯积。
环拉试验采⽤等静压成型管和美国PALL公司的相应产品进⾏对照试验。
粉末粒度对Ti-35A1多孔材料孔结构的影响
粉末粒度对Ti-35A1多孔材料孔结构的影响陈慕容;江垚;林良武【摘要】粉末粒度是影响Ti-35Al多孔材料孔结构的主要因素之一.本文采用元素粉末反应合成工艺制备Ti-35Al 多孔材料,在其它制备参数一定的条件下,系统研究Ti/Al元素粉末的粒度与Ti-35Al多孔材料的孔隙度、孔径和透气度等孔结构参数之间的定量关系.结果表明:粉末粒度是决定Ti-A1合金多孔材料最大孔径的主要因素,多孔体最大孔径dm与粉末粒径dp之间严格遵循dm-0.54dp的直线变化规律；Ti-Al合金多孔材料的透气度随粉末粒度的增加呈线性关系递增；Ti-Al合金多孔材料中,孔隙的连通程度随孔隙度的增加而大幅度增加,当合金总孔隙度达到45％以上时,开孔隙度所占的比例达到90％以上；在本实验18～125 μm的整个粒度范围内,Ti-Al合金多孔材料的透气度K与开孔隙度θ和最大孔径dm之间严格满足Hagen-Poiseuille方程,Ti-Al合金多孔材料的透气性能和孔结构性能参数之间存在统一的普适方程:K=0.022 9 dm2θ.【期刊名称】《粉末冶金材料科学与工程》【年(卷),期】2011(016)004【总页数】6页(P635-640)【关键词】Ti-35wt％Al;多孔材料;粉末粒度;孔结构【作者】陈慕容;江垚;林良武【作者单位】中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TQ172.6TiAl合金多孔材料作为一类新型的无机多孔材料[1−4]，综合了陶瓷多孔材料和金属多孔材料的性能优点[5−9]，具有良好的化学稳定性、抗热冲击性、可加工性、可焊接密封性以及较好的力学性能，可广泛应用于过滤、分离、净化、提纯、控制流量等领域。
元素粉末反应合成法被认为是制备TiAl合金多孔材料的1种有效方法[10−12]，具有短流程、低能耗以及可控性较好的特点。
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５０
４５
４０
３５
能的影响．
１实验方法
用标准泰勒筛将纯度为９９ ７％的片状Ｔｉ粉与纯 度为ｏｇ ８％的近球形Ａｌ粉精细筛分，选取颗粒尺寸 为２０一３０“ｍ的Ｔｉ、Ａｌ粉末，配制铝含量（质量分数） 为２０％一７０％的ｌｏ种成分粉末样品，各样品的成分 组成及其编号列于表１将配制出的粉末在Ｖ型混料 机中充分混合，然后在６０吨油压机上用２５０ ＭＰａ的 征力模压成直径３２ ｍｍ厚度３ ｍｍ的圆片状压坯试 样将压坯试样在高真空（真空度为１０“Ｐａ）钼丝炉 内进行无压反应烧结，在６２０＾一６４０℃温度范围内保 温２ ｈ，最终烧结温度为１３００℃，保温６０ｍｉｎ
对名义成分为刖３５％Ａｌ的试样在整个烧结 过程中的膨胀行为的跟踪测定结果表明，坯块从 ６６０℃开始出现了明显的膨胀加速现象（图４）；在 ６６０一７２０℃，由于Ａｌ液消耗完毕，坯块的体积膨胀和 总孔隙率将不再增加，随着温度的继续升高：体积会 产生一定的收缩．其原因是，间隙孔洞因经典的高温 烧结致密化而产生一定的收缩㈤．但是内面大孔较 多，颗粒之间的接触面积不大，并且生成的Ｔｉ—Ａｌ金 属间化合物大部分是由共价键连接，不像单质金属那 样易于囚烧结时的各种扩散机制而导致致密化，因而 体积收缩的程度不太明显．
摘要使用粉束冶金模压成形和无压反应烧结方法，制备出Ｔ｝Ａｌ系金属问化合物多孔材料，研究丁铝含量对其孔隙形成机理
以厦孔结构性能的影响．结果表明：烧结后Ｔｉ Ａｌ合金坯块发生丁显著的体积膨胀；最大孔径和开孔隙率都随着铝含量的增加而
增大，当铝含量（质量分数）超过６０％时，总孔隙率出现下降趋势；Ｋｉｒｋｅｎｄａｌｌ效应导致的钛铝元素偏扩散反应是体积膨胀和｝Ｌ
图３铝含量与坯块膨胀行为之间的关系 Ｆｊｇ．３ Ｅ髓ｃｔｓ ０ｆ珀ｗ ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｐｏｓ托ｉｏＩｌ ｏＩｌ ｔｌｌｅ ｅｘ
ｐａｎｓｉｏｎ ｏｆ ｐｏｒｏｕ８ Ｔｉ＿Ａｌ ａ¨ｏｙ疗ｌｔｅｒｓ
增加有减小的趋势，当铝含量为６５％时膨胀减小为 １０８ ０１％坯块轴向和径向膨胀行为与体积膨胀行为 相似．它们也在铝含量为６０％时膨胀量达到最大，分 别为３３．２４％和２５ ０８％
第２１卷第４期 ２ ０ ０ ７年８月
材
料
研
究
学
报
ｃＨＩＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ０ＦＭＡＴＥＲＩＡＬＳＲＥＳＥＡＲｃＨ
ｖｏｌ，２１ Ｎｏ．４ Ａｕ９１ｌｓｔ ２ ０ ０ ７
Ｔｉ—Ａｌ系金属间化合物多孔材料的制备和性能 术
黄虎军， 贺跃辉， 江盎ｔ 黄伯云－ 徐南平。
１．中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙４１００８３ ２．南京工业大学膜科学技术研究所南京２１０００９
ａｎｄ ＫｉｒｋｅｎｄａＩ｜ｅｆＦｅｃｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｄｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｖｎｔｈｅｓｉｓ
ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ ｍｅｔ圳ｉｃ ｍａｔｅ南Ｉｓ，Ｔｉ一川ａ¨ｏⅥｐｏｒｏｕｓ ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｋｉ ｒｋｅｎｄａ¨ｅ仟ｅｃｔ，ｓｗｅ…ｎｇ ｂｅｈａｖｉｏｒ
目前广泛用于工业生产的无机过滤材料主要有 陶瓷和普通金属两大类１１，“，其中陶瓷材料具有优良 的高温抗氧化性能和高的高温强度等优点．但是，陶 瓷有脆性大、弹性小、抗碱腐蚀性能差、加工工艺性 能低以及陶瓷膜不易组装等缺点［”目用金属材料 制作的多孔体虽然易于组件化，具有较高的强度，并 利于反冲再生，但是其抗腐蚀性能差，高温抗氧化能
万方数据
图５铝含量与最大孔径之间的关系
Ｆｉｇ．５
Ｅ丘ｅｃｔｓ ｏｆ ｒａｗ ｍ缸ｅｒｉａｌ∞Ｉ“ｐ（１ｓｌｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｃ
ｍ脚Ｉｎｕｍ ｐ。ｒｅ ｓＩｚｅ甜ｐｏｒｏｌｌｓ Ｔｉ Ａｌ ａⅡｏｙ ｈＬ
ｔｅｒｓ ｂｙ ｔｌｌｅ ｓａｍｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ
块就已经达到了整个烧结过程中的最大体积膨胀量， 体积在随后的高温阶段将会有一定程度的收缩．
２结果与讨论
２．２ 铝含量对膨胀行为和最大孔径的影响
经过高温烧结后，不同铝含量的压坯发生了不同 程度的体积膨胀．图３表吼当铝含量小于６０％时． 随着销含鼍的增大，膨胀几乎线性增加，最大膨胀量 高达１３６．８２％；当铝含量大干６０％时，澎胀随铝含量
２．１孔隙率与铝含量之间的关系
图ｌ给出了成分为Ｔ冯５％Ａ１试样的原料粉末
采用ＢＴＰ ３Ⅲ多孔材料性能检测仪测试Ｔｉ Ａｌ过滤材料的最大孔径、透气度以及孔径分布；采 用Ａｒ（ｈｉｍｅｃｌｅｓ法测定样品的密度和孔隙率．用ＪｓＭ ６３６０Ｌｖ型扫描电镜（ｓＥＭ）观察台金的显微组织、孔 及其孔分布用ｍＧＡＫｕ Ｄ／ＭＡｘ ３Ａ型ｘ射线衍 射仪（ｘＲＤ）分析ＴｉＡｌ多孔材料相变及其相组成
＋Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆ０ｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｎｏ．２０４７６１０６．
Ｍ胁ｌ啪ｒｉｐｔ ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｊｕｌｙ ２８，２００６，ｉｎ ｒｗｉｓｅｄ ｆｏｒｍ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ３０，２００黾
｝＋Ｔ０ ｗｈｏｍ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｄｄｒｅ８ｓｅｄ，Ｔｅｌ：（０７３１）８８３６１４４，Ｅ＿ｍ“１：ｙｕｅｈｕｉ＠ｍ８ｉｌ ｃｓｕ ｅｄｕ ｃｎ
而导致烧结坯块孔隙率下降
（ｂ）ｂｅｆｏｒｅ ｓｌｌｌｔｅｒｉｌｌｇ，（ｃ）娥ｅｒ ｓｉｎｔｅｒｉＩｌｇ
万方数据
４期
黄虎军等：Ｔｉ Ａｌ系金属间化合物多孔材料的制备干ｕ性能
３３９
图２铝含量对钛铝合金多孑Ｌ材料开孔隙率的影响
Ｆｉｇ．２
Ｅ黯ｃｔｓ ｏｆ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ。ｎ Ｌｈｅ ｏｐｃｎ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ０ｆ ｐｏｒｏｕｓ Ｔｊ—Ａ１ ａｌ】ｏｙ＾ｌｔｅｒｓ
较小，使生成的孔隙减少；在高温阶段，反应过剩的铝 液使坯块内的ＴｉＡｌ３晶粒骨架产生经典的液相烧结
Ｆｉｇｌ ｓＥＭ ｍｉｃｒ。盯ａｐＩｌｓ ０ｆ ｔ１１ｅ ｐｏｗｅｒｓ ａｎｄ ｂｉｌｌｅｔ
ｓａｍＤｌｅｓｗ胁ｔｈｅ ｃ０１１１Ｄｏｓｉｔｉｏｎ。ｆＴｉ－３５％Ａｌｂｅ＿
效果而趋于致密化［…，使一部分孔隙发生闭合，从Ｒ）ｒｅ ａ。ｄ ａＲｅｒ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ（ａ）Ｔｉ＿３５％Ａｌｐｏｗｄｅｒｓ，
图４名义成分为Ｔｉ－３５％Ａｌ的坯块体积膨胀与烧结温 度之间的关系
Ｆｉ９４ Ｔｈｃ ｃｖｏｌｖｃｍｅｎｔ ｏｆ ｖｏｌｕｍｅ ｅＸｐ龇１８ｉｏｌｌ。ｆ ｔ｝】ｅ ｃｏｍＤａｃｔｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｎＤⅡｌｉＩｌａｌ∞ＩｎＴ）ｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｉ ３５％Ａｌ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｐｒｅｓｓｌｌｒｅｌｅｓｓ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ Ｄｒｏｃｅｄｕｒｅ
达到最大高达５８．７％．但是铝含擐进一步增加，孔
隙率有下降的趋势．对于Ｔｉ—Ａ１金属间化应－１４＿而导致体
积膨胀和ｆＬ隙形成、铝含量越高，这种钛铝元素的偏 扩散效应越明显，孔隙率也越高但是当铝含量超过
６０％后，钛粉的量相对不足，钛与铝反应扩散的程度
‘图１ Ｔｉ＿３５％Ａｌ粉末和压坯试样烧结前后的微观组织
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｉ—Ａ｜ｂａｓｅｄ ａＩＩｏｙ ｐｏｒｏｕｓ ｍａｔｅｒｉａＩｓ ｗｅｒｅ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｔｈｒ。ｕｇｈ ｃｏＩｄ ｐｒｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕ ｒｅｌｅｓｓ ｓｉｎｔｅ ｒｉｎｇ ｏｆ Ｔｉ／ＡＩ ｅＩｅｍｅｎｔａＩ ｐｏｗｄｅｒ ｍｉｘｔｕ ｒｅｓ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ＡＩ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｓｗｅ¨ｉｎｇ ｂｅｈａｖｉｏｒ，ｐｏｒｅ ５ｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｐｏｒｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｍ Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ５ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ
力不足，而且难以制备成微虑级多孔体”］在Ｔｉ—Ａｌ
金属问化台物中，Ｔｉ、Ａｌ元素大部分以共价键少部分
＋国家自然科学基金２０４７６１０６资助项目 ２００６年７月２８日收到初稿；２００６年１１月３０日收到修改稿． 本文联系人：贺跃辉，教授
以金属键相结合㈣，因而Ｔｉ Ａｌ金属间化合物兼有 陶瓷和金属共同的优点㈣，表现出优异的物理性 能、力学性能、优良的高温抗氧化性能吲和抗多 种强／弱酸碱盐雾腐蚀性能㈦，而且Ｔｉ、Ａ１元素粉 末在反应烧结时很容易因为Ｋｉｒｋｅｎｄａｕ效应生成孔 隙［１４】．因此，Ｔｉ—Ａｌ金属问化合物是一种潜在的优 良过滤材料
涨ｌＩ；ｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｐｏｒｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔａｋｅ ｐＩａｃｅ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆＦｅｒｅｎｔ ｄｉｆｆｕｓｊｖ；ｔｉｅｓ ｏｆ Ｔｉ ａｎｄ Ａｌ ｄｕ—ｎｇ
ｒｅａｃｔｉｏｎ ｓｉｎｔｅ ｒｉｎｇ Ｔｈｅ ｓｗｅⅢｎｇ ａｎｄ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｊｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ．ｂｕｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ Ａｌ
和压坯试样烧结前后的显微组织形貌．可以看出，粉
末中的片状钛粉和球形铝粉（图１ａ）模压成压坯（图
１ｂ）后再经过高温烧结，钛与铝粉末间发生了反应扩
散．粉末颗粒间形成了连续的骨架，在物相骨架之间
生成了许多连通的孔隙（图１ｃ）． 从图２可以看出，随着铝含量的增加孔隙率逐
渐增大，当铝含量（质量分数）为６０％时，开孔隙率
ｃｏｎｔｅｎｔ（ｍａｓ５ ｆｒａｃｔｉｏｎ）联ｃｅｅｄｓ ６０％．ｔｈｅ ｓｗ酬ｉｎｇ ｂｅｇｌｎｓ ｔｏ ｓｕｐｐｒｅＳｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｒｏｓ时ｂｅｇｉｎｓ ｔｏ ｄｅｃｒｅａｓｅ