泡沫金属的开发、应用与发展

产品应用：
用于制造隔热、缓冲等元件，该材料的压制板 可作为力学性能要求不高的板料。
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3.2.2熔融金属发泡法
熔融金属发泡法原理示意图
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3.2.2 熔融金属发泡法
熔融金属发泡法试样放大后的外观形貌
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3.2.2熔融金属发泡法
熔融金属发泡法制备的泡沫金属优、缺点：
优点：即可用于泡沫铝也可适用于黑色泡沫金属的 生产 , 成本不高，可以达到的孔隙率 较高， 约为91～93％。 缺点：孔不连通，工艺过程难控制 , 气泡分布及大 小不均匀，优质产品力学性能尚可。
产品应用：
用于制造隔振、缓冲等元件，优质产品可作强化 填充料和。
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3.2.3粉体发泡法
熔融金属发泡法原理示意图
产品应用：
用该工艺制造的泡沫铝具有质轻、比强度高和比面积在等特 点，作为结构材料，已经用于飞机机翼复合材料的芯片，并成 为加热器、热交换器和电池极板的优质材料。
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3.1.3 中空球法
中空球法原理示意
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3.1.3 中空球法
微细中空球泡沫显微形貌
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3.1.3 中空球法
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3.1 铸造法 3.1.1 熔模铸造法
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3.1.1 熔模铸造法
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3.1.1 熔模铸造法
熔模铸造法制备的泡沫金属优、缺点：
优点：孔结构易于控制，孔连通，孔隙率高， 约为80～97％。 缺点：工艺过程环节多，生产效率低，价格高。
产品应用：
由于孔隙率高，宜用于声能吸纳特性、吸尘净 化和细微颗粒过滤；工艺过程中没有强化措施，比强 度、比刚度不突出，不宜作为轻质高强材料使用。
极大的复合性能：
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多孔的特点可以使得泡沫金属与众 多种类的材料均匀复合、交融在一起 从而表面出新的特性，其开发前景无 可估量。
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2 泡沫金属的突出特点及应用 实 例
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各种泡沫金属的制备方法 及其优缺点、产品应用范围
泡沫金属制备方法基本分为四大类，约十几种，各资料命名不统一。
缺点：孔隙分布和孔隙大小不均匀。
产品应用：
用于制造隔热、缓冲等元件，压制后可作为力 学性能要求不高的板料。
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3.4.2 金属纤维烧结法
原理： 以金属纤维作原料，在较高温度时物料产生初始 液相，在表面张力和毛细管的作用下，物料颗粒相 互接触，相互作用，冷却后物料发生固结而成为泡
沫金属。
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2 泡沫金属的突出特点及应用（1）
各种轻质高强结构的比较
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2 泡沫金属的突出特点及应用（1）
实 例
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2 泡沫金属的突出特点及应用（2）
序号 突出特点 应用
可用机械缓冲器； 消音器、隔音板； (孔径0.1~0.5mm为佳） 航天飞机的隔热、散热板； 电磁阻隔器； 微结构泡沫可用于飞机、 潜艇的吸波隐身蒙皮； 空气、水和油等的 净化器。
中空球法的泡沫金属优、缺点：
优点：为金属 +陶瓷空心球复合结构的泡沫金属 ，该泡沫材料结 构均匀，性能近乎于各向同性 ，比强度、比刚度好。
缺点：孔隙率只能在一定范围一般为 40 %～55 % 。
产品应用：
目前已应用该方法制备具有三明治结构的复合板材，用作轻 质高强承载件。
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3.2 发泡法 3.2.1 气体发泡法
产品应用：
用于制造隔振、缓冲、承载等的元件，比其他方法 更适合用于制造复杂型面的轻质零件。 南京航空航天大学
3. 3 沉积法
3.3.1 电沉积法
原理： 电沉积法泡沫金属是先将聚氨酯软泡沫放入除 油剂溶液中除油，然后依次经过粗化、敏化、活化、 解胶、化学镀、电镀的过程就可以制得含有机基体 的泡沫铜，然后将其进行焚烧，去除聚氨酯有机基
气体注入法原理示意图
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3.2.1 气体发泡法
气体发泡金属泡沫试样外观
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3.2.1气体发泡法
气体发泡法制备的泡沫金属优、缺点：
优点：成本低廉，生产效率高，可达到较高孔隙 率，约为80～97.5％。 缺点：孔不连通，孔结构不均匀，力学性能不突出 且离散性大，一般仅用于制造泡沫铝。
产品应用：
用于过滤元件、电极、燃料电池的制造。
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泡沫金属发展动态（1）
2000年，美 国 能 源 部 启 动Freedom Car 项目，定下了2006年和2012年分别达到汽车 自重减轻40%和60%的目标，其主要实现手段 就是开发轻质高强材料。 德国在1999年启动一个在政府和汽车制造商 支持下的几十所大学、研究所参加的关键泡沫 金属材料大型研究项目，侧重于这些材料在汽 车工业中的应用前景。
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3.4 烧结法 3.4.1 金属粉末烧结法
原理： 将金属粉末松装于模具内进行无压烧结，在烧结 过程中粉末颗粒相互粘结，从而形成多孔烧结体。 烧结方式有物理反应烧结法、化学反应烧结法和 激光烧结法。 该法所得产品孔率为40%~60% 。为提高孔率， 常加人疏松剂，它可在烧结时分解或挥发，也可 通过升华或溶解而得以去除。如在生产Fe Ni、 Cu 、或其合金多孔体时，常加入甲基纤维素作疏 松剂，孔率可提高到70%~90%。
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泡沫金属发展动态（2）
开发模式：
1）固态成形工艺、液态成形工艺、气态成形工艺、离子态 成形工艺都相应地、有针对性地发展； 2） 多种金属复合，产品性能多元化（如泡沫铁 、镍 、铬 、 钴四元合金泡沫）； 3）应用纳米技术等微观手段向精细方向发展； 4）泡沫结构由不规则构型向设计规定构型发展； 5）工艺优化，性能升级，产品朝高质品、低成本和多功能 方向发展。
优异的吸纳性能：
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优异的非线性机械能吸纳特性； 优异的声能吸纳特性； 优异的热能吸纳特性； 优异的电磁波屏蔽特性； 优异的微细物质吸纳和过滤特性。
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2 泡沫金属的突出特点及应用（2） 实 例
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2 泡沫金属的突出特点及应用（3）
序号 突出特点 应用
高效催化剂及催化剂； 高效电极；
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3.3.2 喷射电沉积法
喷射电沉积泡沫镍
喷射电沉积获得的泡沫镍 的50倍和100倍形貌
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3.3.2喷射电沉积法
喷射电沉积法制备的泡沫金属优、缺点：
优点：是一种局部高速电沉积技术，比电沉积法效 率高，孔连通。 缺点：孔结构均匀性差。
产品应用：
可用于电极、散热、 净化填充等器件制造 。
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3.4.1 金属粉末烧结法
金属粉末化学反应烧结法
激光烧结法制成的
烧结法获得的NiAl3
Al - 7 %Si样品
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3.4.1 金属粉末烧结法
金属粉末烧结法制备的泡沫金属优、缺点：
优点：成本不高，生产效率较高，孔隙率可达 70～90％（不同材质有所差异），可用
于多种泡沫金属制造。
产品应用：
可用于消声、散热、 隔磁、电极、净化等器件的 制造 。 南京航空航天大学
3.3.2 喷射电沉积法
原理：
在工件(阴极)和喷嘴(阳极)之 间施加一定的电压，同时电解 液高速喷射到阴极基板上，在 喷射覆盖区，阴极与阳极通过 电解液构成回路，此时喷射覆 盖区有电流通过，产生电沉积， 而其它部位没有电流通过，则 不产生沉积。
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3.1.2 渗流铸造法
渗流铸造法原理示意
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3.1.2 渗流铸造法
渗流铸造法产品样件
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3.1.2 渗流铸造法
渗流铸造制备的泡沫金属优、缺点：
优点：通过所选颗粒的大小来控制泡沫金属的孔径大小，成本 不高，可制备铝、 镁、 锌、铅、 锡等金属泡沫。
缺点：孔隙率受限，最大孔隙率可达 80 %，生产工艺较为复杂。
微电子元件的散热器； 泡沫钛植入生物体可促进 其相应部位的细胞生长；
优异的交换性能：
优异的物质交换性能；
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优异的物质渗透性能； 优异的能量交换性能。
高效热交换器。
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2 泡沫金属的突出特点及应用（3） 实 例
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2 泡沫金属的突出特点及应用（4）
序号 突出特点 应用
泡沫金属强化复合材料 可用于减少摩擦、磨 损的轴承开发； 高强度特殊复合面料； 无静电积累面料。
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3.4.1 金属粉末烧结法
短纤维泡沫金属
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3.4.2 金属纤维烧结法
金属纤维烧结法制备的泡沫金属优、缺点：
优点：纤维烧结法制备的多孔金属的渗透性比粉末 法制取的高几十倍，被称为“ 第二代多孔金 过滤材料” ，孔隙率高（95%），比表面积大。 缺点：力学性能不高。
属
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3.2.3粉体发泡法
粉体发泡法试样放大后的外观形貌
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3.2.3 粉体发泡法
粉体发泡法制备的泡沫金属优、缺点：
优点：可较理想地控制泡沫铝材料孔隙率，气孔均 匀较好，也可以直接得到结构形状比较复杂 的试件, 无需进一步的加工，且产品力学性能 较好。 缺点：孔不连通，工艺成本高，往往适用延展性较 好的金属材料（如钛合金等）,否则易成轧制 缺陷。
序号 突出特点 1 特殊的物理表观性：
表观密度小，比表面积大，材料细 微结构可设计性和可优化性。
应用
（分为通孔型和闭孔型）
可用于机翼及舵面的
优异的力学性能：
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比强度、比刚度大且潜力巨大； 不同材质、不同形态、不同状态 下的泡沫金属在缓 冲、抗疲 劳、 抗蠕变、抗断裂等方面变 化范围巨大。
刚化、强化填充件； 飞机及汽车的刚性支 撑板； 汽车、飞机的座椅； 汽车的正面碰撞盒； 卡车的下钻碰撞保护器。
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泡沫金属的开发、
应用与发展
朱春生
二ОО九年十一月
主要内容
1 、泡沫金属的各发展阶段
2、泡沫金属的突出特点及应用 3、各种泡沫金属的制备方法、优缺点
及产品应用范围
4、泡沫金属技术最新发展动态
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1 泡沫金属的各发展阶段
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2 泡沫金属的突出特点及应用（1）
体，再进行烧结还原处理，可获得泡沫金属。
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3.3.1 电沉积法
电沉积泡沫铜的放大结构
用于过滤的电沉积泡沫铜
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3.3.1 电沉积法
电沉积法制备的泡沫金属优、缺点：
优点： 孔结构易于控制，孔连通，孔隙率高，孔隙 率可达97％ 。 缺点：电沉积法的主要缺点是受到极限电流密度的 限制，因此沉积速度较慢，生产效率低，成本 较高。