泡沫金属的特点、应用、制备与发展

收稿日期：2004-09-02

作者简介：陈文革（1969-）

，男（汉），陕西澄城县人，副教授，博士学位，主要从事纳米与功能器件材料研究。泡沫金属的特点、应用、制备与发展

陈文革!，张

强"

（1.西安理工大学材料科学与工程学院，陕西西安710048；2.西安惠宇金属基复合材料公司，

陕西西安710000）摘要：本文阐述了多孔泡沫金属的结构特点、性能、应用以及制备技术，并展望了泡沫金属今

后的研究与发展。

关键词：泡沫金属；性能；制备；应用；综述中图分类号：TF 125.6文献标识码：A

文章编号：1006-6543（2005）02-0037-06

CHARACTER I ST I CS APPL I CAT I ON FABR I CAT I ON AND DEVELOP M ENT OF PORO S M ETALS

CHEN W en -g e 1，ZHANG O ian g 2

（1.S choo l o f M aterials S cience and En g i neeri n g ，X i ’an n ivers it y o f T echno lo gy ，X i ’an 710048，Ch i na ；

2.M etal M atri x C om p os ite M aterial C or p oration o f X i ’an H ui y u ，X i ’an 710000，Ch i na ）

Abstract ：T he struct ure ，characteristics ，a pp lication and f abrication o f p orous m etals are su mm a-rized.T he research and develo p m ent o f p orous m etals i n t he f ut ure are f orecast.

K e y words ：p orous m etal ；characteristic ；f abrication ；a pp lication ；su mm arization 多孔泡沫金属自1948年美国的S oS ni k 利用汞在熔融铝中气化而得，使人们对金属的认识发生了重大转变，认为面粉可以发酵长大，金属也可以通过类似的方法使之膨胀，从而打破了金属只有致密结构的传统概念。多孔泡沫金属材料实际上是金属与气体的复合材料，正是由于这种特殊的结构，使之既有金属的特性又有气泡特性，如比重小、比表面大、能量吸收性好、导热率低（闭孔体）、换热散热能力高（通孔体）、吸声性好（通孔体）、渗透性优（通孔体）、电磁波吸收性好（通孔体）、阻焰、耐热耐火、抗热震、气敏（一些多孔金属对某些气体十分敏感）、能再生、加工性好等。因此，作为一种新型功能材料，它在电子、通讯、化工、冶金、机械、建筑、交通运输业中，甚至在航空航天技术中有着广泛的用途。

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泡沫金属的结构特点

图1所示常见泡沫金属的显微结构示意图，归

纳起来有以下特点。

!#!孔径大

多孔泡沫金属材料与粉末冶金多孔材料相比，孔径较大，贯通孔多。泡沫金属材料的孔径一般在0.1!10mm 之间。!#"孔隙率高

多孔泡沫金属材料的孔隙率随其种类不同而不同，在40%!98%的范围内变化。!#$密度低

随孔隙率的提高，泡沫金属的密度降低，一般为同体积金属的3／5!1／50不等。例如孔隙率大于

63%的泡沫铝合金，其密度可达1g ／c m 3以下，能够浮于水面上。

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泡沫金属的特性和用途

泡沫金属材料由于其特殊的结构、性能特点，具有

很高的开发研究价值，并在能源、交通、消声减震、过滤

第15卷第2期2005年4月

粉末冶金工业

POW DER M ETALLURGY I NDUSTRY

V o l .15N o.2A p r .2005

分离、医疗、包装材料等领域都有广泛的应用前景。

图1泡沫金属的显微结构

（a）不规则的颗粒；（b）规则的颗粒；（c）短纤维颗粒

2.1能源材料

随着能源危机及绿色革命的兴起，以太阳能电池和电动汽车电池为龙头的开发研究必定为化学电源的发展带来新的契机。轻量化、高比能、高吸收转化率的电池材料的开发成为这一发展的关键。烧结多孔电极存在孔隙率不高、活性物质利用率低、电极强度不够、电极制造工艺复杂等不足，采用更高孔隙率的泡沫金属材料作为化学电源电极的结构材料，应该是化学电源的一次革命。如泡沫镍作为电极材料用于N i-C d电池的电极时，能效可提高9 %，容量可提高4 %，并可快速充电；轻质高孔率的发泡基板和纤维基板等多孔金属材料与传统烧结基板材料相比，可使镍材消耗降低约一半，极板质量减少l2%左右，并大大提高能量密度。

2.2反应材料

在化学工业中，可利用多孔金属比表面大并具有支撑强度等特点，制作高效催化剂或催化剂载体。如将泡沫金属制作汽车所排有毒废气的催化中和器，可减少排放CO为2!3倍，毒性减小达9 %。环保方面还用泡沫镍对水溶液中的6价C r离子（剧毒）进行氧化还原反应，用材质均匀的多孔钛作工业废水处理装置。日本钢铁公司和松下电器工业公司共同开发出在三维网状铁系多孔体上复合铁系金属微细粉末和有机酸络合物而形成的性能好、寿命长的新型去臭材料。

2.3缓冲材料

泡沫金属可装在气体、液体管道或机械接合部中，当其一侧的流体压力或流速发生强烈波动时，它可以通过吸收流体的部分动能和阻缓流体透过的作用，从而使泡沫金属体另一侧的波动大大减小，此效应可用于保护精密仪表。利用多孔泡沫材料的弹性

变形也可吸收一部分机械冲击能。据报道，密度比为.5!.l5的泡沫铝可吸收的能量为2 !l8 M J／m3，强大的能量吸收能力使得它有可能用于汽车的保险杠甚至于航天器的起落架，也可用作制造升降运输系统的缓冲器、磨矿机械的能量吸收衬层、汽车乘客坐位前后的可变形材料以改善安全性，优异的减振性能也使泡沫技术有可能用作火箭和喷气发动机的支护材料。

2.4过滤与分离

多孔金属具有优良的渗透性，是适合于制备多种过滤器的理想材料。利用多孔金属的孔道对流体介质中固体粒子的阻留和捕集作用，将气体或液体进行过滤与分离，从而达到介质的净化或分离作用。如从水中分离出油、从冷冻剂中分离水。还可作充气液体或液体分布CO

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等的扩散媒介。

2.5消音材料

吸声材料需要同时具有优良的吸声效率、透声损失、透气性、耐火性和结构强度。因为声波也是一种振动，故声音透过泡沫金属时，可在材料内发生散射、干涉，声能被材料吸收，所以泡沫金属也可用于声音的吸收材料，即消音材料，这种消音材料在气体管道和蒸汽管道中都可获得应用。如在燃气轮机排气系统等一些特殊的工作条件下，其排气消声装置要满足高效、长寿和轻型化的要求。一般常规的吸声构件和材料不能适用，而具有耐高温高速气流冲刷和抗腐蚀性能优越的轻质多孔钛可满足其要求。

2.6阻燃、防爆材料

泡沫金属既有很好的流体穿透性又可有效地阻止火焰的传播且自身有一定的耐火能力，于是可放置在输运可燃性液体或气体的管道中以防止火焰的传播。因为流体在输运速度增加时可能会着火（声

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