泡沫金属—从基础研究到应用
泡沫金属的性能及应用研究进展
收稿日期:2004-04-07.基金项目:云南省自然科学基金重点项目(项目编号:2000E0003Z ).第一作者简介:左孝青(1964～),男,副教授.主要研究方向:多孔材料.E -mail :zxqdzhm @hot 泡沫金属的性能及应用研究进展左孝青1,孙加林2(1.昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南昆明 650093; 2.昆明贵金属研究所,云南昆明 650221)摘要:对泡沫金属的性能和应用研究现状进行了全面综述,性能方面主要包括泡沫金属的力学性能、能量吸收性、热性能、导电性能、声学性能及阻尼性,应用方面主要进行了结构和功能应用的分析,并就泡沫金属的性能和应用发展的前沿问题进行了讨论,指出了性能研究和应用研究的发展方向,对泡沫金属的性能研究和应用开发具有重要意义.关键词:泡沫金属;性能;应用;综述中图分类号:TB383文献标识码:A 文章编号:1007-855X (2005)01-0013-05Properties and Applications of Foa med MetalsZUO X iao 2qing 1,SUN Jia 2lin 2(1.Faculty of Materials and Metallurgical Engineering ,K unming University of Science and T echnology ,K unming 650093,China ;2.Kunming Precious Metals Institute ,Kunming 650221,China )Abstract :The properties and applications of foamed metals are reviewed.The section of property demonstrates me 2chanical property ,energy absorption ,thermal capacity ,conductance ,sound absorption and dumping performance of metal foams ,while another section introduces many structural and functional applications.In addition ,further de 2veloping tendency of property research and applications of foamed metal are put forward.Therefore ,there exists a great significance for both the property research and application of cellular metals.K ey words :foamed metals ;properties ;applications ;review0引言泡沫金属一种是集力学性能、热电性能、声学等性能于一体的宏观结构-功能一体化的材料,是多种结构或装置(如超轻结构、冲击缓冲、散热和热交换等)的可选材料.泡沫金属的多功能特性对应用的决定作用非常明显,应结合应用对象,进行与功能组合对应的结构-性能优化设计.文中就泡沫金属的性能研究和应用进行了详细综述,并对进一步发展的前沿性问题进行了讨论,提出了性能研究及应用发展的建议.1泡沫金属的性能1.1结构特征[1]泡沫金属从结构上可分为闭孔和通孔泡沫金属两种.前者含有大量独立存在的气孔,而后者则是连续贯通的三维多孔结构.其结构表征参数主要有孔隙率、孔径、通孔度比重及比表面积等.一般来说,多孔泡沫金属材料具有如下几个结构特征:(1)重量轻,比重小:泡沫金属是金属和气体的混合物,比重仅为同体积金属的1/50～3/5;(2)高孔隙率:一般多孔泡沫金属的孔隙率为40%～90%,而海绵状发泡金属材料的孔隙率可高达98%;(3)比表面积大:泡沫金属的比表面积可达10～40cm 2/cm 3;(4)孔径范围较大:通过工艺控制,可获得的孔径在微米至厘米级之间.1.2性能影响泡沫金属性能的因素有:(1)基体金属的性能;(2)相对密度;(3)孔结构类型(开口或者闭孔);(4)第30卷第1期2005年2月 昆明理工大学学报(理工版)Journal of Kunming U niversity of Science and Technology (Science and Technology )Vol.30 No 11 Feb.200541昆明理工大学学报(理工版) 第30卷孔结构的均匀性;(5)孔径大小;(6)孔的形状和孔结构的各向异性性;(7)孔壁的连接性;(8)缺陷(如孔壁的不完整性等),以上因素中,相对密度对泡沫金属性能的影响最大[2].1.2.1机械性能1)杨氏模量.开孔泡沫与闭孔泡沫由于结构的不同,其杨氏模量值相差很大.开口泡沫的变形主要是通过通孔的连接部分进行的,闭孔泡沫由于闭孔间存在孔壁,所以相同密度的闭孔泡沫其杨氏模量值比开孔泡沫的大几个数量级,孔尺寸、形状对杨氏模量的影响较小[3].对杨氏模量影响最大的因素是泡沫的相对密度,杨氏模量与密度的关系[4]为: E/Es=(ρ/ρs)2 (open-cell)(1) E/Es=(ρ/ρs)2+(1-Φ)(ρ/ρs)(closed-cell)(2)式(1),(2)中,E为杨氏模量,ρ为密度,Φ为闭孔泡沫孔结构中,孔的连接部分占总实体部分的百分比,下标s表示实体金属的性能.另外,泡沫金属的变形会引起其孔结构的变化,最终导致杨氏模量的变化.一般地,杨氏模量随应变的增加而减小[5].2)压缩性能及能量吸收特性.多孔金属泡沫一般为韧性的,其压缩应力-应变曲线应变严重滞后于应力,包含一个很长的平缓段,是一种具有低、常压应力下高能量吸收特性的轻质高阻尼及能量吸收材料,适合制作轻质、耐高温、阻燃的能量(如冲击能量)吸收器.3)拉伸性能.由于壁及连接边的断裂机制和相互关系的不确定性,泡沫金属的抗拉强度很难估算.一般地,其抗拉强度与其压缩应力应变曲线的平台应力相当.1.2.2电性能及电磁屏蔽性能泡沫金属具有独特的导电性,使之能应用于非金属泡沫(陶瓷和塑料泡沫)所不能胜任的导电环境(如电极材料).泡沫金属的电导性主要与泡沫基体的电导性有关.然而,泡沫金属的电导率由于:(1)其中大量非导电孔隙的存在;(2)基体中的非导电物质(如氧化物);(3)与电压降方向垂直排列的连接边和孔壁对电导不起作用等因素的影响,比实体金属的电导率要低得多.泡沫金属的电导率与相对密度的关系[6]为: ρ/ρ0=Z(σ/σ0)t(3)式中,ρ/ρ0-泡沫金属的相对电导率;σ/σ0-泡沫金属的相对密度;Z-常数,约等于1;t-常数,约等于2.另外,泡沫金属还具有电磁屏蔽效应,有资料表明,铝泡沫(Alulight)的电磁屏蔽效果与相同厚度的铝板材相当,并优于相同质量的硅钢片[7].1.2.3热性能1)熔点.泡沫金属的熔点与基体材料的基本相同,但受泡沫中非金属相(氧化物、增粘剂等)的影响,使泡沫金属的熔点温度高于理论熔点.高温长时的氧化,甚至会使泡沫铝完全氧化为泡沫陶瓷[8].2)热膨胀系数.泡沫金属的热膨胀系数与基体材料的热膨胀系数大致相同.3)热导率.泡沫金属的热导率比基体材料的热导率低得多.与导电性一样,泡沫金属的导热性主要与泡沫基体的导热本性有关,气体、辐射、对流的作用较小,但其精确计算要比其电导率复杂.热导率主要构成因素有:基体的导热、气体的导热、对流及辐射,并受表面氧化物的影响.通常情况下,仅仅考虑基体材料的导热,常用与相对密度的关系表达泡沫金属的热导率[9].λ=λ0(ρ/ρ0)t(4) s式中,λs-泡沫金属的热导率,λ0-基体材料的热导率,ρ-泡沫金属的密度,ρ0-基体材料的密度,t-常数(根据渗透理论,3维泡沫取值2[10]).1.2.4声学性能1)隔音、吸音性能.控制噪音的方法主要有两种:隔音和吸音.泡沫铝由于密度较低,质量小,因此,在隔音上应用并不理想.泡沫铝的吸音特性与泡沫的厚度、密度、孔径及表面状态有关.一般地,吸音系数可通过:增加厚度、降低密度、适当增大孔径、增加表面开口度(表面加工、喷砂、压制、轧制、表面钻孔)、表面加多孔面板等措施而提高.单一泡沫结构具有较好的吸音效果,但比不上玻璃纤维类传统吸音材料,特别是在低频(1000Hz )以下,其吸音系数要低得多.然而,可利用泡沫金属与其他吸音材料的组合,或从吸音结构上进行改进等方法,获得高性能吸音器,如AlSi 12泡沫+玻璃纤维+空气垫的组合,表现出了优越的吸音特性[11].在要求吸音、耐高温、防潮、耐久性环境中,泡沫铝比传统吸音材料有优势.2)结构阻尼性能.当某结构的本征频率与外界声波或震动频率发生共振时,声波或震动会被该结构所衰减.结构阻尼衰减的原因是内摩擦导致的震动能向热能的转换,产生的热量通过周围环境散发.泡沫金属的阻尼特性随孔壁厚的减小、泡沫结构中的缺陷数量的增多、泡沫中陶瓷相的增加而增大[12].2泡沫金属的应用目前,通过现有金属材料的多孔化以实现高性能、多功能化,开发高附加价值的泡沫金属材料产品受到了广泛的关注.泡沫金属的应用应考虑其“多性能特点组合”的优势,如“低密度+能量吸收特性”、“低密度+吸音特性+耐热+不吸水”等.多孔泡沫金属的应用主要有防火和吸(隔)音板、冲击能量吸收材料、建筑板(如超轻结构组元,三明治结构材料)、半导体气体扩散盘、紧凑热交换器和核心装置、液流控制装置、热交换和热绝缘器、过滤器、声音和能量的吸收装置等.泡沫金属在航空、航天、船舶、电子、汽车制造、建筑、包装、装饰材料、体育器材等领域中的应用正在不断扩大中.2.1能量吸收轻量结构应用闭孔泡沫(如铝泡沫)由于制备成本相对低,因此在结构应用上受到了广泛的关注,如承受较低压载荷下的能量吸收件等.理论上讲,泡沫金属由于孔壁上约束的减少,在应力-应变曲线上,有很长的波动平台段,会产生大的塑性应变,具有显著的能量吸收特性.然而,实际构件的表现并非如此,如在剪切带中的过早失效,以及弯曲导致的拉伸应力下低的拉伸强度等.令人鼓舞的是,已经证明如果能够在10～1mm 尺度上获得均匀细小的泡沫孔结构,问题就可以得到解决[13].因此,相应的制备技术的研究开发就显得非常必要和迫切.多孔泡沫金属轻质、能量吸收及阻尼性能,缓冲器和吸震器是重要的用途,如汽车的结构件(防冲挡、门栏、乘员室构件);航空仪表的保护外壳,航天飞机的起落架;此外,还有提升机、转运系统的安全缓冲器、高速磨床防护罩吸能内衬;活动建筑(房)等[14].也可考虑用于电梯的轻形结构件[15]、包装材料[16]、泡沫三明治复杂结构机械零件[17]、体育器材[18]、装饰[19]、水上结构件[20]、太空船结构件[21]等.2.2功能应用2.2.1生物医学材料利用Ti 或Co -Cr 合金泡沫与人体的生物相容性,可用于人体骨骼或牙齿的替代材料,Mg 泡沫也有望作为人工骨头的材料[22],多孔Ni -Ti 形状记忆合金由于好的机械性能、耐腐蚀性能和形状记忆效应,也可作为人体骨骼的替代物[23].2.2.2过滤分离材料与粉末冶金微孔金属相比,通孔泡沫金属的孔径和孔隙率较大,可用于过滤液体、空气或其它气流中的固体颗粒或某些活性物质.泡沫金属过滤器主要用于从液体〔石油、汽油、致冷剂、聚合物熔体、含水悬浮液〕、空气或其它气流中滤掉固体颗粒[1].2.2.3热交换器材料通孔铜和铝泡沫可作为热交换器材料[24].通孔规则排列的孔结构,在不降低热交换效率的前提下,可减小压力降,在微电子等高(热)能量领域有广泛的应用前景.2.2.4催化载体由于金属泡沫在韧性和热导率方面的优势,是催化载体材料的又一选择[25],如将催化剂浆料涂于薄的泡沫金属片表面,后通过成型(如轧制)和高温处理,可以用于电厂废气氮氧化物(NO X )等的处理.2.2.5液体的存储与传输[26]与传统的粉末冶金材料(如自润滑轴承)相比,泡沫金属的液体存储量更大,应用范围更广:水的存储51第1期 左孝青,孙加林:泡沫金属的性能及应用研究进展61昆明理工大学学报(理工版) 第30卷和缓慢释放进行湿度控制;香水的存储和缓慢蒸发等;在压力的驱动下,泡沫中的液体还可作毛细运动等.2.2.6消音材料、噪音控制由于成本和效率方面的优势,熔模铸造法或沉积法制备的泡沫可以取代现有的消音器材料,目前已制备出最大直径100mm的泡沫消音器[27].开口刚性泡沫可以用于噪音控制[28],对闭孔金属泡沫的噪音控制作用,也进行了研究[29].半圆柱状的Alporas泡沫铝和钢背或混凝土背组成的吸音装置已开发应用于高速公路桥、地铁的噪音控制[30].泡沫金属克服了石棉、玻璃棉等消音材料长期使用易老化、吸水后消声性能下降的缺点,耐热性好,在高温下不释放有害气体,不吸湿,是一种优良的环保型消音及噪音控制材料.2.2.7电池电极材料开口的铅泡沫作为铅酸蓄电池的骨架,取代现有的铅网格,可以减轻电池的重量[31];Ni泡沫电极在可充电NiCd或NiMe H电池中已有了实际的应用[32,33].2.2.8阻火器高热导率的铝、铜泡沫可以用来阻止火焰的传播.据报道,开口泡沫可以对传播速度为550m/s的火焰进行有效的拦截[27].2.2.9水净化多孔金属可以减少水中溶解的离子浓度.污水通过通孔泡沫时,离子与金属泡沫的骨架发生氧化还原反应.如用铝泡沫对Cr离子(6价)的净化[34].3泡沫金属的性能研究及应用发展3.1结构—性能关系研究泡沫金属是一种结构敏感性材料,其力学性能、电磁性能、热性能都与结构有直接的关系,最近的研究情况及研究方法主要有:1)B.Illerhaus[35]等人用320kV的XRD管,采用3D micro tomograp hy技术对铝泡沫和空心铁球的变形形貌进行了无损测量,可以测量泡沫结构分布、平均孔壁厚等,类似的XC T(Computed X-ray To2 mograp hy)报道还有文献[36]等,为泡沫金属变形过程的实时观察提供了手段.2)从有限元(如ABAQ U S等)、边界元数值模拟角度进行泡沫金属孔结构(含结构分布)和力学性能(如应力-应变关系)的关系、泡沫金属材料器件的优化设计的研究[37].3)从实体金属的变形理论出发,通过参数的变换,用于泡沫金属的力学性能研究[38];4)从分形理论[39]对结构和性能进行研究;5)从微观、介观的不同角度对理想和真实泡沫结构和性能进行研究.因此,从孔结构的个体-孔单元及不同单元组合出发,采用先进的方法手段和理论,结合应用对象,研究孔结构、结构分布及其形貌对材料性能及器件使用性能的影响规律,对泡沫结构进行优化设计,为高性能金属泡沫及其产品的研制提供理论基础和依据,是目前泡沫金属性能研究的必然发展趋势.3.2应用泡沫金属的研究开发已有50多年的历史,但真正的规模化产业应用并不多,国内这一现象尤为明显.除了制备技术、性能、成本等因素外,泡沫金属的应用发展应考虑其“多性能特点组合”的优势,可考虑通过以下方法实现:1)数值模拟分析,进行材料多功能使用性能的综合优化设计;2)材料性能比较,如金属泡沫与有机泡沫的性能比较,进行综合优化设计;3)与实体金属混用(如泡沫铝芯三明治板),可提高金属泡沫的力学性能、材料的性能各向同性性及可靠性.因此,需要开发金属泡沫与实体金属的连接技术,研制低成本一体化制备技术,考虑材料的腐蚀、构件(如汽车构件)的几何尺寸及尺寸精度等问题;4)开发高性能泡沫及其低成本连续化生产技术,提高泡沫金属的性/价比,提高金属泡沫比之于其他非金属泡沫(如有机泡沫)的竞争力;5)采用系统化的新材料新投资评估体系,如材料投资方法学(IMM ,Invest ment Met hodology for new Materials )[40],对可能的应用及投资等进行科学的评估,缩短投资开发周期,降低风险,促进泡沫金属材料产业化的发展.参考文献:[1]赵增典,张勇,李杰.泡沫金属的研究及其应用进展[J ].轻合金加工技术,1998,26(11):1～10.[2]Warren W E ,Kraynik A M.Foam Mechanics :t he Linear Elastic Res ponse of Two -Dimensional Spatially PeriodicCellular Materials.Mechanics of Materials[J ].1988,55(1):341～346.[3]Nieh T G ,Higashi K ,Wadswort h J.Effect of Cell Morphology on t he Compressive Properties of Open -cell Alu 2minum Foams[J ].Mater Sci Eng A ,1999,283:105～110[4]G ibs on L J ,Ashby M F.Cellular S olids :Structure and Properties[M].Cambridge ,U K:Cambridge University Press ,1997.189.[5]K ovacik J ,Simancik F.Metal Foam and Porous Metal Structure[M ].M I T Verlag ,Bremen ,1999.303.[6]Mepura ,Data Sheets ,Mepura Gmbh.Ranshofen[C ].Austria ,1995.[7]Park E S ,Poste S D.Ceramic Foams[P ].U S Patent :4808558,1989.[8]K ovacik J.The T Behaviour of P orous Metals Made by G ASAR Process[J ].Acta Mater.1998,46(15):5413～5422.[9]Stauffer D ,Aharony A.Introduction to Percolation Theory[M ].Taylor and Francis ,London ,1992.1～10.[10]Degischer H P.Handbook of Cellular Metals[M ].W IL E Y -VCH Gerlag GmbH ,2002.235.[11]K ovacik J ,Tobolka P ,Simancik F ,Metal Foam and Porous Metal Structure[M ].M I T Verlag ,Bremen 1999.405.[12]Degischer H P.Handbook of Cellular Metals[M ].W IL E Y -VCH Gerlag GmbH ,2002.Foreword.[13]王祝堂.泡沫铝材:生产工艺、组织性能及应用研究(3)[J ].轻合金加工技术,1999,27(12):1～2.[14]王芳,王录才.泡沫金属的研究与发展[J ].铸造设备研究,2000,(1):51.[15]Ashby M F ,Evans A G,Fleck N A ,et al.Metal F oams :A Design G uide[M].Butterworth -Heinermann ,Oxford ,2000.150.[16]Ashby M F ,Evans A G,Fleck N A ,et al.Metal F oams :A Design G uide[M].Butterworth -Heinermann ,Oxford ,2000.221.[17]Banhart J.Manu facture ,Characterisation and Application of CellUlar Metals and Metal F oams[J ].Progr Mater Sci.2001,46:617.[18]Ashby M F ,Evans A G,Fleck N A ,et al.Metal F oams :A Design G uide[M].Butterworth -Heinermann ,Oxford ,2000.233[19]G iamei A F.Metal foams [C ].In :Banhart J ,Eifert H ,editors.Proc.Fraunhofer U SA Symposium on MetalFoams ,Stanton ,U SA ,7～8October.Bremen :M I T Press -Verlag ,1997.63.[20]Cooks F H.Proc.Conf.Light Metals[C ].New Orleans ,U SA ,2～6March 1986,2:1019.[21]Bende W U ,Guo F H.Advances in Powder Metallurgy and Particulate Materials [M ].Capus J M ,German R M(ends ),Metal Powder Industries Federation ,Princeton ,1992,6:145.[22]ER G Inc.Oakland[EB/OL ].U SA ,http ://.[23]SEAC International B V.K irmpen ,Netherlands ,Product Data sheet of “Recemat ”[E B/OL ].http ://www.seac.nl ,1998.[24]Lida K ,Mizuno K ,K ondo K.Sound Wave Control Device[P ].U S Patent :4726444,1988.[25]王月.压缩率和密度对泡沫铝吸声性能的影响[J ].机械工程材料,2002,26(3):29～31.[26]Ashby M F ,Evans A G,Fleck N A ,et al.Metal F oams :A Design G uide[M].Butterworth -Heinermann ,Oxford ,2000.221.[27]Inco L td ,Canada.Product Data Sheet of “Incofoam ”[EB/OL ].http :// ,1998.[28]Matsumoto I ,Iwaki T ,Yanagihara N.Battery electrode[P ].U S Patent.4251603,1981.[29]Illerhaus B ,J asiuniene E ,K ottar A ,G oebels J.Processing and Properties of Lightweight Cellular Metals and Struc 2tures[C ].Edited by Amit Ghosh ,Tom Sanders and Dennis Claar ,TMS 2002.271～279.[30]Degischer H P ,K ottar A.in Metal Foams and Porous Metal Structures [M ].Banhart J ,Ashby M F ,Fleck N A(ends ),M I T Verlag ,Bremen 1999.213～220.[31]Degischer H P.Handbook of Cellular Metals[M ].W IL E Y -VCH Gerlag GmbH ,2002.286.[32]Ashby M F ,G ibson L J.Metal Foams[M ].Oxford Press ,1988.86.[33]张金娅,左孝青.通孔泡沫金属与分形理论[J ].昆明理工大学学报(理工版),2002,27(4):13～15.[34]Maine E M A.Innovation and Adoption of New Materials[D].PhD Thesis ,Cambridge University ,2000.5～20.71第1期 左孝青,孙加林:泡沫金属的性能及应用研究进展。
泡沫铝的应用及研究进展
泡沫铝的应用及研究进展泡沫铝是一种由铝金属制成的多孔材料，具有轻质、高强度和良好的阻隔热性能等特点。
它的应用广泛，包括汽车、航空航天、建筑、电子等领域，并且在研究和开发方面有一系列的进展。
首先，泡沫铝在汽车领域有着广泛的应用。
泡沫铝可以用于汽车散热器和减震器等部件，其具有良好的导热性能和吸能能力，能够提高汽车的散热效果和行驶的稳定性。
此外，泡沫铝还可以用作汽车内饰材料，例如中控台等，具有较高的强度和轻质化的特点。
其次，泡沫铝在航空航天领域也有广泛的应用。
由于泡沫铝具有良好的轻质和高强度特性，能够减轻航空航天器的重量，提高其载荷能力和燃油效率。
泡沫铝可以用于制造航空航天器的结构件、隔热层、减振材料等，在提高航空航天器性能的同时降低了整体成本。
此外，泡沫铝在建筑领域也有一定的应用。
泡沫铝可以用作建筑隔热层，具有良好的阻隔热性能，能够有效减少建筑物内外温差，节能环保。
此外，泡沫铝还可以用作建筑装饰材料，例如墙板、天花板等，因为它具有轻质、易加工等特点，能够满足建筑物的外观要求。
另外，泡沫铝在电子领域也有一定的应用。
由于泡沫铝具有良好的导电性能和导热性能，能够用于制造电子器件和电子散热器，提高电子设备的性能和可靠性。
泡沫铝可以用于制造手机散热片、电脑散热器等，解决电子设备散热问题。
在研究和开发方面，目前泡沫铝的研究主要集中在材料性能的改进和制造工艺的优化上。
研究人员正在尝试通过改变泡沫铝的孔径、孔隙率和孔壁厚度等结构参数，以及掺杂适量的其他元素，提高泡沫铝的机械性能、导热性能和阻隔性能。
此外，研究人员还在探索新的制造工艺，如电解合金化方法、化学沉积法等，以提高泡沫铝的制备效率和产品质量。
总的来说，泡沫铝具有广泛的应用前景和研究潜力。
随着技术的不断革新和改进，相信泡沫铝在各个领域的应用将会更加广泛，为相关行业的发展带来更多的创新和机遇。
泡沫金属的制备,力学性能及其应用ppt课件
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三、泡沫金属的力学性能
3.阻尼能力
泡沫金属的阻尼能力一般为制备其所用金属材质的5-10倍。虽然其耗散系数仍远远低于聚合 物泡沫材料，但这种金属泡沫化后带来的阻尼能力的提高还是可以很好地加以利用的。
4.疲劳损坏
在泡沫金属的结构应用中，结构的强度会随时间和交变次数的增加而衰减。这种强度的衰减 主要是由于泡沫金属的内部裂纹的萌生和发展。在闭孔泡沫金属内，当孔缘沿着某一方向弯曲变 形时，孔胞面将会经受表层压力作用。在泡沫结构的交变变形中，存在一定的塑性变形累积，从 而使结构强度逐渐衰减。
电屏蔽 催化剂载体
良好的导电性，机械强度和低密度等特性使金属泡沫在电屏 蔽方面具有有人的前景
体积比表面积高，可赋予小型电极以很高的反应表面积
平台应力段过后是密实应变点，该点之后，泡沫金属完全被压缩而应力突然上升，失去吸能作用。
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三、泡沫金属的力学性能
2.拉伸性能
泡沫金属的拉伸应力-应变性能不同于压缩性能。如下图所示为一个泡沫制品的示例，泡沫金 属的整体屈服之前，其应力应变曲线斜率低于弹性模量，意味着很小的应变情形之下仍然有显著 的微塑性出现。超过屈服点之后，泡沫金属发生硬化，直至极限拉伸强度产生破坏为止。
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二、泡沫金属的制备
7. 中空金属球结构（开孔+闭孔）
制备出尺寸合乎要求的中空金属球颗粒并进行烧结等工艺进行密实处理。
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二、泡沫金属的制备
8.两种材料共密实或共铸造而其中一种材料可滤除（开孔）
将各自体积分数均不低于25%的两种粉末混合、密实，形成两相各自连续且 相互联结的双联结构。混合体压实后，在合适的溶剂中滤出其中另一种粉末。
泡沫金属的制备力学性能及其应用
泡沫金属的制备力学性能及其应用泡沫金属是指金属材料在冶金过程中通过特殊方法制得的具有开放孔隙结构的材料。
泡沫金属具有低密度、高比强度、优异的吸能性能、良好的导热性能等特点，因此被广泛应用于汽车、航空航天、建筑、能源储存等领域。
泡沫金属的制备方法多种多样，常见的有聚合物模板法、发泡剂法、自发性发泡法等。
其中，聚合物模板法是最常见的制备方法之一、首先，将金属粉末与粘结剂混合，然后将混合物填充到聚合物模板中，通过高温处理使粘结剂烧结，最后将聚合物模板去除，得到具有孔隙结构的泡沫金属。
泡沫金属具有优异的力学性能。
它具有高比强度和高吸能性能，可以有效地吸收能量和缓解冲击。
由于其孔隙结构的存在，泡沫金属具有优异的吸震性能，减小了任何外部力对机械结构的影响，因此泡沫金属常被用作冲击吸收材料、振动控制材料等。
此外，泡沫金属还具有良好的导热性能，可以作为热传导材料在热管理领域得到应用。
泡沫金属在汽车领域有广泛的应用。
它可以用来制作汽车碰撞保护材料，能够有效地吸收碰撞能量，保护车辆内部的人员安全。
此外，泡沫金属还可以应用于汽车排放系统中，用于减轻噪音和振动。
同样，在航空航天领域，泡沫金属也有重要的应用。
它可以用于制作航空航天器的结构材料、燃料储存材料等。
另外，泡沫金属还可以用于建筑领域。
其低密度和高比强度使其成为一种理想的建筑材料，可以用于制作轻质墙板、隔音材料、隔热材料等。
此外，由于泡沫金属具有优异的导热性能，它还可以用于太阳能热能储存系统以及建筑物的能源效率改善。
总之，泡沫金属作为一种具有开放孔隙结构的材料，具有低密度、高比强度、良好的吸能性能和导热性能等特点，因而在各个领域都有广泛的应用。
随着科技的进步，泡沫金属的制备方法将会更加多样化，其应用领域也将进一步扩展。
泡沫金属的制备及其在航空航天领域的应用研究
泡沫金属的制备及其在航空航天领域的应用研究泡沫金属是由金属膜片之间的空隙组成的一种多孔材料，具有低密度、高强度和优异的吸能性能。
因此，泡沫金属已经成为航空航天领域中的重要材料之一。
本文将介绍泡沫金属的制备方法和在航空航天领域的应用研究进展。
一、泡沫金属的制备方法泡沫金属制备的基本原理是用脱模剂将预制的金属膜片分隔开来，并在其表面形成底部保护层。
然后，通过各种方法加入金属的孔道，形成连通的泡沫状结构。
常用的泡沫金属制备方法有以下几种：1. 模板法：模板法是通过将金属液浸渍在导电或非导电模板中，通过氧化、还原或电解反应，将纳米、微米或毫米级金属颗粒均匀沉积到模板孔洞中，然后再通过退火、烧结或溶解模板的方式获得泡沫金属。
2. 溶液法：溶液法是将金属盐溶解在有机或无机溶剂中，再加入还原剂或沉淀剂，使金属离子还原成原始金属，并在待反应的工艺条件下形成泡沫金属。
3. 反渗透法：反渗透法是将金属膜片置于内部受到压缩气体的反渗透区域内，然后将水分子透过膜片发生膨胀，其气泡成为抗剪切的靠拢和相互支撑的力，最终形成多孔泡沫金属。
以上方法各有其特点，对于不同金属材料，选择不同的制备方法具有一定的优劣之处。
例如，模板法相对简单，控制精确度高，但仅适用于制备薄壁泡沫金属；溶液法制备速度快，成品密度低，但安全性有待提高。
二、泡沫金属在航空航天领域的应用研究进展1. 引擎隔板泡沫金属具有低密度和高强度等特性，已广泛用于航空发动机的隔板。
其可阻隔来自不同部位的工作介质，拥有优异的隔音和隔热效果，还可热回收，降低燃料消耗量和减少工作环境污染。
2. 飞行器结构泡沫金属还可用于航空器结构的轻量化设计中，如飞机梁、机翼材料和飞行器隔板等部位。
采用泡沫金属制造的轻量化飞机构件，可以降低金属消耗，提高载荷能力，减轻飞机自重负担。
3. 航天器外壳泡沫金属还可用于航天器热控制外壳。
由于泡沫金属具有良好的吸热能力和隔热能力，因此可将热传递限制在特定区域，避免航天器表面温度过高或过低，提高航天器的使用寿命。
泡沫金属的研究及其应用进展
4 泡沫金属的性能特征及性能 对结构的敏感性
泡沫金属的性能取决于分布金属骨架的 孔隙特征, 包括孔的类型 (通孔、闭孔)、孔隙
结构 (孔径、空隙率、通孔率、密度及流通性 能) , 也与金属骨架有关。 411 性能特征 41111 特高的阻尼性能
3 泡沫金属的结构参数及其结 构特征
311 结构参数[6 ][7 ] 泡沫金属的主要结构参数有孔径、空隙
率、开孔度、通孔率、密度及流通特性等。 应用目的不同, 对泡沫金属物理性能要
求不同, 与其密切有关的主要结构参数也不 同。 如吸声性能主要与孔径、空隙率、通孔率 及流通性能有关。 312 结构特征 31211 较大孔径 (015～ 515)mm 或更大 (一 般粉末冶金多孔金属孔径不大于 013mm )。 31212 高空隙率 40%～ 90% (一般粉末冶 金多孔金属空隙率不大于 30% )。 31213 密度小, 随空隙率的变化而变化, 密 度仅为同体积金属的 011～ 016 倍。 31214 高比表面积: (1 000～ 4 000) u e 。 31215 金属骨架的成份组织可调节, 保证金 属特征, 当作为结构功能材料时, 可通过结构 加固以提高强度。当孔隙中填入特殊材料时, 可以具备特殊性能。
泡沫金属适合作为高频率的电磁波的电 磁兼容、屏蔽材料。 41115 采用特殊结构可具有特殊性能
采用特殊结构可提高强度, 采用管子与 泡沫金属组合结构可用于热交换; 在孔隙中 填入电磁波高吸收材料, 可用于隐身。 412 性能的结构敏感性
泡沫金属作为一种利用固体表面的物理 特性产生特殊作用的功能材料, 具有结构敏 感性及工况敏感性, 但这一特性至今尚未得
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）02-0037-06CHARACTER I ST I CS APPL I CAT I ON FABR I CAT I ON AND DEVELOP M ENT OF PORO S M ETALSCHEN 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。
泡沫金属的制备,力学性能及其应用
在制备过程中，控制好温度和时间，可以提 高泡沫金属的性能。
优化发泡剂的类型和浓度
通过调整发泡剂的类型和浓度，可以控制泡 沫金属的孔径和孔隙率。
控制压力和气氛
在某些制备方法中，控制好压力和气氛，可 以提高泡沫金属的性能。
02 泡沫金属的力学性能
抗压性能
总结词
泡沫金属具有优异的抗压性能， 能够承受较大的压力而不会发生 变形或破裂。
复合技术
通过与其他材料的复合，可以发 挥泡沫金属和复合材料各自的优 点，制备出具有优异性能的复合
材料。
未来发展方向和挑战
拓展应用领域
泡沫金属作为一种功能材料，应积极探索其在新能源、生物医学、 航空航天等新兴领域的应用。
提高性能
继续优化制备工艺，提高泡沫金属的各项性能指标，以满足更广泛 的应用需求。
详细描述
由于其独特的结构和孔隙率，泡 沫金属在压缩载荷下展现出良好 的塑性和稳定性，可以有效地分 散压力，防止局部应力集中。
抗拉性能
总结词
泡沫金属的抗拉性能较弱，容易在拉 伸载荷下发生断裂。
详细描述
泡沫金属的抗拉强度较低，主要原因 是其孔隙结构在拉伸过程中容易产生 应力集中，导致材料断裂。
抗冲击性能
不同类型的发泡剂和浓度对泡 沫金属的孔径和孔隙率有显著 影响。
制备温度和时间
温度和时间是影响泡沫金属性 能的重要因素，温度和时间的 控制对制备高质量的泡沫金属 至关重要。
压力和气氛
在某些制备方法中，压力和气 氛也是重要的影响因素。
制备过程的优化策略
优化原料的粒度和纯度
选择合适的粒度和纯度的原料，可以提高泡 沫金属的性能。
渗流法
通过控制金属基体的孔径和孔隙率，使液体或气体渗入到基体中，然 后通过加热或加压使渗入的物质释放出气体，形成泡沫金属。
例谈泡沫金属的应用
例谈泡沫金属的应用汽轮机运行的状态是目前电厂提高效益的关键问题，通过汽轮机的原理我们可以知道，锅炉中加热出的高压高温的蒸汽进入汽轮机的高低压缸，推动叶片做功。
而蒸汽的品质就成为汽轮机是否能更高效的做功的前提。
目前由于主蒸汽管道的限制，主蒸汽参数不宜过高，主蒸汽管道的材料则成为了至关重要的突破口。
泡沫金属是孔隙度达到90%以上，具有一定强度和刚度的多孔金属材料。
由于其空隙结构的存在，其传热性能力学性能等各个方面和普通金属相比，大有改观。
本文提出，将泡沫金属作为主蒸汽管道的应用材料，再汽轮机运行的效率和经济性方面做出分析。
1.超超临界机组1.1发展背景由于环境、经济效益和能源的要求，使得电厂要求向高效率的方向发展，目前国内外正在开发多种洁净煤发电技术，即：循环流化床(CFBC)、增压流化床联合循环(PFBC-CC)、整体煤气化联合循环( IGCC) 以及超临界(SC) 与超超临界技术(USC)。
采用这些洁净煤发电技术即可以节约能源、减小对环境的污染，还提高了电厂的发电效率。
目前，增压流化床联合循环(PFBC-CC)和整体煤气化联合循环(IGCC)尚处于试验或示范阶段, 在技术上还存在许多不完善之处。
超超临界技术在国外已经有一套相对完整而成熟的设计、制造技术。
因此，大容量超临界和超超临界机组将是我国洁净煤发电技术的主要发展方向, 也是解决电力短缺、能源利用率低和环境污染严重等问题的最现实和最有效的途径。
1.2定义和主要参数对于火力发电机组，当机组作功介质蒸汽工作压力大于水的临界状态点压力（Pc=22.115MPa）时，称之为超临界机组。
目前常规的超临界机组蒸汽参数一般为24.2MPa/538/566℃或24.2MPa/566/566℃。
超超临界（USC）机组是相对于常规超临界机组的蒸汽参数而言的，我国USC 机组的容量和参数已基本取得了一致意见。
在容量上分600 MW 和1000 MW 2 个等级；在蒸汽参数上，按汽机主汽门入口处计，采用25 或26.5 MPa，600 ℃/600 ℃，一次再热。
泡沫铝的应用及研究进展
泡沫铝的性能及应用 泡沫铝的制备方法 氢化钛的热力学动力学研究 泡沫铝技术的国内外进展
在传统的工程材料中，孔洞常被认为是一种结 构上的缺陷，因为它往往是裂纹形成和扩展的 中心，对材料力学性能产生不良的影响。但是 当材料中的孔洞的数量增加到一定的程度并且 有规律地分布时，就会因为这些孔洞的存在而 具有一些特殊的性能，从而形成一个新的化学 材料门类，这就是所谓的泡沫材料。泡沫金属 的历史不长，在其发展的历程中，研制和开发 大都以轻金属铝为主要对象，这是由于铝及其 合金具有熔点低、铸造性能好等特点。
、
，
将铝粉或铝合金与一 种发泡剂粉末混合， 将这种混合物压制成 密实的金属基体，然 后对其加热升温。
铸造法
熔体发泡法
喷溅沉积法
采用喷溅技术，把加有 惰性气体的粉末均匀的 喷射到铝合金金属上， 并加热到金属熔点，使 夹在金属基体中的气体 膨胀成孔，待冷却后即 得到具有致密网状的泡 沫铝。
熔体发泡法
粉末冶金法
运动器材-----能量吸收性
过滤材料-----透过性能 发散冷却材料-----稳定且良好的隔热性 催化剂-----高孔隙率使其具有大的表面积 消音材料-----吸能性能 自发汗冷却材料-----多孔骨架、吸能性能 阻燃、防爆材料------流体穿透性、耐火能力
值得一提的是，阿波 罗11号的LM在月球 表面着陆时起落架下 用的就是这种材料， 适应着陆时月面的凸 凹，并以泡沫铝的破 坏来缓和震动
铝熔体泡沫化的过程的动力源于TiH2的热分解，TiH2的 分解行为直接关系到熔体中气泡的形成、生长，以及泡
孔直径大小和孔壁厚度等制备泡沫铝的功能和性能参数，
因此在研究泡沫铝之初，首先要进行TiH2分解反应的热 力学和动力学方面的研究。
泡沫金属的研究与发展
图 1 粉体发泡法制备工流程图
粉体发泡工艺的关键是压实工艺的选择 ,可 分为冷压和热压两种.
冷压法要求有两次压缩过程来破坏金属颗粒 的氧化膜使其联结在一起 ,此工艺成本高 ,只能利 用挤压法 ,且要求发泡剂的分解温度高于压实温 度。
目前 ,国外采用热压工艺 ,主要有轴向压缩和
挤压 ,前者适用于实验室 ,而后者适用于工业应 用 。在压缩过程中要保证 : (1) 温度要足够高 ,使 金属颗粒之间的联结主要靠扩散作用形成 ; (2) 压 强要足够大 ,防止发泡剂在发泡之前就分解 ,这样 得到的预制品中 ,金属颗粒彼此联结 ,密封了发泡 剂气体粒子 。因此 ,可以利用分解温度低于压实 温度的发泡剂 ,并且只有一次压缩过程 ,降低了成 本。
图 3 所示为泡沫金属的压缩变形特征 ,可以 看出 ,应力 —应变曲线中有一很长的平稳段 ,具有 平稳的变形应力 ,因此比处在同一水平的致密金 属吸收的能量多 。其被吸收的能量大部分转化为 不可逆的塑性变形能量 ,而处于同一应力水平的 致密金属将发生线性弹性应变 ,去除载荷后将释
图 2 渗流铸造法充型方式示意图
12应力应变曲线 22吸能率曲线 图 3 泡沫金属压缩应力2应变曲线和吸能率曲线
放出所吸收的能量 。
泡沫金属有吸能率为在压缩变形过程中 , 变
形量为 s 时实际吸收的能量与理想吸能器所吸收
泡沫金属的发展现状、研究与应用
标题：泡沫金属——轻量化材料的未来之路一、引言：泡沫金属的概念和特点泡沫金属是一种具有微孔结构的金属材料，其轻质、高强度、优良的隔热和隔音性能使其在各个领域都有广泛的应用前景。
它的独特结构和性能使其成为轻量化材料的研究热点，并在航空航天、汽车制造、建筑等领域有着广泛的应用前景。
二、泡沫金属的发展现状1. 传统泡沫金属材料：铝泡沫、镁泡沫等传统的泡沫金属材料主要包括铝泡沫、镁泡沫等，它们在轻量化材料领域有着较长的发展历史和较为成熟的工艺技术。
但是，传统泡沫金属材料在强度、塑性和耐磨性等方面仍然存在一定的局限性，无法满足一些高端领域的需求。
2. 新型泡沫金属材料的涌现近年来，随着材料科学和工程技术的不断发展，新型泡沫金属材料不断涌现，如镍泡沫、钛泡沫等。
这些新型泡沫金属材料在强度、耐腐蚀性等方面都有了较大的突破，为泡沫金属的应用拓展开辟了新的道路。
三、泡沫金属的研究与应用1. 材料结构与性能泡沫金属的微孔结构决定了其轻质、高强度的特点，而金属的选择、泡孔形态的优化等则直接影响了其最终的性能。
在泡沫金属的研究过程中，结构与性能的关系一直是研究的热点之一。
2. 应用领域拓展泡沫金属由于其轻质和优良的性能，已经在航空航天、汽车制造、建筑等领域展现出了广泛的应用前景。
而随着材料工程技术的不断进步，泡沫金属将有望在更多领域得到应用，如能源领域、医疗器械等。
四、对泡沫金属的个人观点和理解作为一种新型的轻量化材料，泡沫金属具有极大的发展前景。
其独特的结构和性能使其在众多领域都有着广泛的应用前景，同时也为科学家和工程师们提出了新的挑战。
作为文章写手，我个人认为泡沫金属的发展将会为人类社会的可持续发展带来重要的推动作用，同时也值得我们持续关注和深入研究。
五、总结通过对泡沫金属的发展现状、研究与应用进行全面评估，我们可以看到泡沫金属作为一种新型的轻量化材料，在众多领域有着广阔的应用前景。
随着材料工程技术的不断进步，我坚信泡沫金属将在未来发挥越来越重要的作用，推动人类社会的可持续发展。
浅谈多孔泡沫金属材料的性能及其应用
浅谈多孔泡沫金属材料的性能及其应用多孔泡沫金属材料是一种具有开孔结构的金属材料，其具有很强的轻质高强度、优异的吸能消声性能以及良好的导热导电等特点，因此在许多领域有着广泛的应用。
本文将从材料性能和应用两个方面进行探讨，以期为多孔泡沫金属材料的研究和应用提供参考。
首先，多孔泡沫金属材料具有轻质高强度的特点。
由于其呈现开孔结构，其密度相对较低，通常在0.2-0.6g/cm^3之间。
与传统金属材料相比，多孔泡沫金属材料的密度较低，可以有效降低组件的自重，提高材料的性能。
同时，多孔泡沫金属材料具有较高的强度，其开孔结构可以使应力更均匀地分布在材料中，提高了其整体的强度和刚度。
这使得多孔泡沫金属材料在航空、汽车和船舶等应用中成为理想的结构材料。
其次，多孔泡沫金属材料具有优异的吸能消声性能。
由于其开孔结构，多孔泡沫金属材料可以吸收冲击能量并将其分散，从而降低了冲击力对其它结构的影响。
这也使得多孔泡沫金属材料成为用于护盾和减震的理想材料。
此外，多孔泡沫金属材料还具有良好的声学吸声性能，可以有效降低噪声。
此外，多孔泡沫金属材料具有优良的导热导电性能。
由于其多孔的结构，它可以提供大量的热传导通道，使得热量能够更有效地传导。
这使得多孔泡沫金属材料成为热交换装置、散热器和电子器件的理想材料。
多孔泡沫金属材料还具有较好的抗腐蚀和耐高温性能。
多孔泡沫金属材料通常由耐高温、耐腐蚀的金属材料制成，例如铝、镁等，因此具有良好的抗氧化和耐腐蚀性能。
这使得多孔泡沫金属材料在化工、医疗和航空等领域中具有广泛应用。
在应用方面，多孔泡沫金属材料有着广泛的用途。
首先，在航空航天领域，多孔泡沫金属材料可以用于构造轻质结构部件，例如飞机和火箭的结构支撑件、燃烧器和隔热材料等。
其轻量化和高强度的特性使得飞机能够在保持高性能的同时减少燃油消耗和减少碳排放。
其次，在汽车工业中，多孔泡沫金属材料可以用于制造汽车零部件，例如减振器、车身结构和排气系统等。
泡沫金属的研究与应用进展
泡沫金属的研究与应用进展泡沫金属是一种内部具有大量孔隙的材料，因其独特的结构特点而在许多领域具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步，泡沫金属的研究和应用也在持续发展，本文将介绍其研究现状、进展追踪和未来展望。
泡沫金属是一种由金属基体和孔隙组成的复合材料，其内部孔隙率可高达90%以上。
由于其轻质、高孔隙率、良好的吸能性和热导性等特点，泡沫金属在许多领域具有广泛的应用前景，例如航空航天、汽车、建筑和电子产品等。
目前，泡沫金属的研究主要集中在制备工艺、性能提升和新型泡沫金属材料的开发等方面。
在制备工艺方面，研究者们不断探索新的方法，以提高泡沫金属的孔隙率、均匀性和稳定性。
在性能提升方面，则主要如何改善泡沫金属的力学性能、耐腐蚀性和热稳定性等。
新型泡沫金属材料的开发也受到广泛，如功能泡沫金属、纳米泡沫金属和复合泡沫金属等。
然而，当前研究仍存在一些不足。
泡沫金属的制备工艺尚不成熟，孔隙率、均匀性和稳定性有待进一步提高。
尽管新型泡沫金属材料具有许多优点，但其制造成本较高，难以实现广泛应用。
因此，如何降低制造成本和提高性能稳定性是当前研究亟待解决的问题。
近年来，随着科技的不断进步，泡沫金属研究取得了许多新成果。
在新型泡沫金属材料的开发方面，研究者们通过在金属基体中引入纳米结构，制备出了具有优异性能的纳米泡沫金属。
这种材料具有较高的强度和刚度，以及良好的耐腐蚀性和热稳定性。
功能泡沫金属的研究也取得了重要进展，如形状记忆合金泡沫金属、电磁屏蔽泡沫金属和热膨胀系数匹配的泡沫金属等。
在制备工艺方面，研究者们不断探索新的方法，例如电化学沉积、3D 打印和原位自生等技术，以提高泡沫金属的制备效率和稳定性。
研究者们还致力于优化泡沫金属的加工工艺，以提高其力学性能和耐腐蚀性。
然而，在泡沫金属研究进展中仍然存在一些问题和挑战。
尽管新型泡沫金属材料的性能优异，但其制备成本较高，难以在实践中广泛应用。
现有制备工艺尚不能满足泡沫金属大规模生产的需求，提高制备效率和稳定性仍是亟待解决的问题。
泡沫金属的研究与发展
泡沫金属的研究与发展泡沫金属是一种具有孔隙结构的金属材料，其具有轻质、高孔隙率、高比强度、良好的吸能性能和优异的声学、热学性能等特点。
因此，泡沫金属在航空航天、交通运输、建筑工程、能源储存等领域具有广泛的应用前景。
本文将对泡沫金属的研究与发展进行探讨。
首先，泡沫金属的研究在材料科学领域具有重要的意义。
泡沫金属具有多孔结构，孔隙的形状、大小和分布对材料的性能具有重要影响。
近年来，通过调控泡沫金属的孔隙结构，研究人员成功开发出一系列具有特殊功能的泡沫金属材料。
例如，通过控制泡沫金属纤维的排列方式和密度，可以制备出声学吸收性能优异的蜂窝型泡沫金属材料；通过调节泡沫金属孔隙的大小和分布，可以获得高效的热传导性能。
这些研究成果为材料科学领域的发展提供了新的思路和方法。
其次，泡沫金属的研究对于推动工程技术领域的应用具有重要的作用。
泡沫金属由于其轻质、高强度的特点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑工程等领域。
例如，在飞机、火箭等航空航天器上，泡沫金属被用作隔热材料，能够有效降低宇航器的热传导；在汽车制造领域，泡沫金属被应用于车身结构、缓冲材料等方面，提高了车辆的安全性和节能性；在建筑工程领域，泡沫金属被用作隔音材料、散热材料等，改善了建筑物的舒适度和能源利用效率。
由此可见，泡沫金属的研究可以有效地改善工程技术的发展和应用。
此外，泡沫金属的开发与利用对于环境保护和可持续发展也起到了积极的促进作用。
泡沫金属作为一种可再生的材料，具有良好的回收利用性能。
目前，研究人员正在开发一系列可回收的泡沫金属材料，以减少对自然资源的消耗和对环境的污染。
并且，由于泡沫金属具有良好的吸能性能，可以用于减震、吸能、隔离等方面，从而在工程与建筑领域中提高对自然灾害的防范能力。
这些涉及到环境保护和可持续发展的方面，对于推动社会的可持续发展具有重要意义。
综上所述，泡沫金属的研究与发展具有重要的科学意义和实际应用价值。
通过对泡沫金属的研究，可以改进材料科学领域的发展，提高工程技术的应用水平，推动环境保护和可持续发展。
泡沫金属的研究与发展
泡沫金属的研究与发展1泡沫金属的概念及特点泡沫金属指孔隙度达到90%以上，具有一定强度和刚度的多孔金属材料。
含有泡沫状气孔的金属材料与一般烧结多孔金属相比，泡沫金属的气孔率更高，孔径尺寸较大，可达7毫米。
由于泡沫金属是由金属基体骨架连续相和气孔分散相或连续相组成的两相复合材料，因此其性质取决于所用金属基体、气孔率和气孔结构，并受制备工艺的影响。
通常，泡沫金属的力学性能随气孔率的增加而降低，其导电性、导热性也相应呈指数关系降低。
当泡沫金属承受压力时，由于气孔塌陷导致的受力面积增加和材料应变硬化效应，使得泡沫金属具有优异的冲击能量吸收特性。
多种金属和合金可用于制备泡金属材料，如青铜、锲、钛、铝、不锈钢等。
由于泡沫金属的密度小、孔隙率高、比表面积大从而使其具有非泡沫金属所没有的优异特性：例如阻尼性能好，流体透过性强，声学性能优异热导率和电导率低等等。
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，其至在航空航天技术中有着广泛的用途。
2泡沫金属的用途2.1 电极材料随着高档电器（便携式计算机、无纯电话等）的迅速发展，可重复使用的高体积比容量、高质量比容量的充电电池的消耗也越来越大。
高孔隙率（＞95%）的泡沫金属对提高电池的这些性能提供了用武之地。
例如用电沉积法生产的泡沫锲作为电极材料用于Ni-Cd电池的电极时，电极的气液分离好、过电压低，能效可提高90%,容量可提高40%,并可快速充电，在电池行业中，锲镉电池、锲氢电池、可充电碱性电池一致趋向于采用泡沫锲作为正负极板以提高容量，这是电池行业的一个突破。
对电池电极用泡沫锲的性能参数要求已有较为深入的研究。
2.2 催化剂化学反应尤其是有机化学反应中，催化剂常常起着非常重要的作用，催化剂的表面积也是越大越好，高孔隙率使得泡沫金属具有大的比表面积，化工行业中可直接使用泡沫锲作锲催化剂，或将泡沫锲制成催化剂载体，高孔隙率的泡沫金属作为支撑物有可能使催化剂高度分散发挥更大的作用，其性能远远优越于陶瓷催化剂载体。
泡沫金属的应用范围及领域
泡沫金属的应用范围及领域泡沫金属是一种具有开孔结构的金属材料，由小孔隙组成，具有轻质、高强度和高吸能性能。
它具有许多优良的特性，如低密度、高比表面积、优异的机械性能和导热性能等，因此被广泛应用于各个领域。
1. 声音吸收领域：泡沫金属因其开孔结构和高比表面积，可以有效吸收、消散声音能量。
因此，它常用于建筑材料、汽车制造等领域，用于降低噪音和提高声学舒适度。
2. 能量吸收领域：泡沫金属能够有效吸收冲击能量，减少碰撞的伤害。
它被广泛应用于汽车、飞机、火车以及各种工程机械等领域，用于制作安全护栏、防撞装置、缓冲装置等。
3. 热管理领域：泡沫金属的导热性能优异，被广泛应用于热管、换热器、散热器等领域。
它可以提供高效的热传导路径，用于控制温度和热能的传输。
4. 过滤领域：由于泡沫金属的开孔结构，它具有优异的过滤性能。
它被广泛应用于气体、液体的过滤处理，如燃气过滤器、水处理装置等。
5. 气体吸附领域：泡沫金属的开孔结构可用于吸附气体。
它可以用于气体分离、气体纯化、催化剂载体等。
6. 电磁波屏蔽领域：泡沫金属具有优异的电磁波屏蔽性能。
它可以用于电子设备、通信设备、雷达、空间站等领域，用于屏蔽电磁波的干扰和辐射。
7. 建筑领域：泡沫金属具有轻质、高强度的特性，被广泛应用于建筑材料。
它可以用于制作隔热板、隔音板、屋顶保温材料等。
8. 航天航空领域：泡沫金属因其轻质和高强度的特性，被广泛用于航天器、卫星、航空器的结构材料。
它可以提高结构的强度和刚度，减轻重量，提高航空器的性能。
9. 医疗领域：泡沫金属可以用于制作人工骨骼、人工关节等医疗器械。
它具有良好的生物相容性和强度，可以代替人体组织，用于修复和替换受损部位。
10. 化工领域：泡沫金属可以用作催化剂载体，在化学反应中起到支撑和传导作用。
它可以提高催化剂的活性和稳定性，提高化学反应的效率。
总之，泡沫金属具有广泛的应用领域，包括声音吸收、能量吸收、热管理、过滤、气体吸附、电磁波屏蔽、建筑、航天航空、医疗和化工等领域。
泡沫金属材料的制备与应用研究
泡沫金属材料的制备与应用研究随着科技的进步和工业的发展，泡沫金属材料在各个领域中的应用日益广泛。
泡沫金属材料拥有轻质、高强、吸能性好等优点，被广泛应用于汽车、航空航天、建筑、能源等领域。
本文将深入探讨泡沫金属材料的制备及其应用研究。
一、泡沫金属材料的制备泡沫金属材料的制备一般采用两种方法，即湿法和干法。
湿法方法包括泡沫燃烧法和泡沫浸渍法，而干法主要是粉末冶金法。
1. 泡沫燃烧法泡沫燃烧法是最常见也是应用最广泛的方法之一。
它通过燃烧金属颗粒表面附着的发泡剂和增泡剂来获得泡沫金属材料。
燃烧反应会产生高温和大量气体，使金属颗粒熔化，并形成均匀的泡沫结构。
这种方法制备的泡沫金属材料具有高孔隙率和低密度的特点。
2. 泡沫浸渍法泡沫浸渍法是利用浸渍剂将泡沫前驱体材料的孔隙充填，然后通过烘干或烧结过程形成泡沫结构。
这种方法的优点是可以控制泡沫材料的孔隙结构和孔隙率，且所需的设备简单易得。
3. 粉末冶金法粉末冶金法通过混合金属粉末和发泡剂粉末，经过压制和烧结过程制备泡沫金属材料。
这种方法适用于制备较大尺寸的泡沫金属材料，并且可以控制孔隙结构和力学性能。
二、泡沫金属材料的应用研究1. 汽车领域泡沫金属材料在汽车领域有着广阔的应用前景。
它可以应用于车身结构，减轻车重并提高车辆性能。
泡沫金属材料具有优异的吸能能力，在车辆碰撞时可以吸收和消散能量，从而减少车辆受损程度和乘员受伤风险。
2. 航空航天领域在航空航天领域，泡沫金属材料被广泛应用于加固舱壁、隔热材料和燃料储存器等方面。
泡沫金属材料的轻质和高强度使得飞机和火箭的结构更加牢固和轻便，提高了飞行器的性能和燃料效率。
3. 建筑领域泡沫金属材料在建筑领域中的应用主要体现在隔热和消声方面。
泡沫金属材料具有优异的隔热性能，能够有效地阻挡热量的传导，使室内保持温度稳定。
此外，泡沫金属材料还具有良好的消声性能，可以有效减少建筑物内部和周围环境的噪音。
4. 能源领域泡沫金属材料在能源领域中被广泛应用于储氢装置和储热系统。
泡沫金属的开发、应用与发展
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
南京航空航天大学
1 泡沫金属的各发展阶段
南京航空航天大学
2 泡沫金属的突出特点及应用（1）
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。
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
南京航空航天大学
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—从基础研究到应用John Banhart材料科学部，哈恩-迈特纳研究所，柏林，德国材料科学部，柏林科技大学，柏林，德国Email：banhart@hmi.de1 前言固态金属泡沫，特别是基于轻金属，有许多不同性能的有趣组合，比如在联结中具有高强度的同时还具有低比重，或者高抗压强度与良好的能量吸收特性相结合。
基于这个原因，人们对这些材料的兴趣仍然在不断增长中。
泡沫金属的发展在评论文章和会议记录中有介绍[1-5]。
有一个专门的网页提供最新的信息[6]。
本文仅局限于闭孔铝合金泡沫的研究，其具有良好的市场推广潜力。
我们将首先回顾不同的制造路线，讨论基础研究的重要性，然后再讨论其应用。
表1泡沫金属基本发泡路线和铝基泡沫制造商直接发泡合金融化合金发泡产生气泡泡沫收集泡沫固化间接发泡制备发泡预制品预制品再熔化泡沫生成泡沫固化制造商(产品) Cymat, 加拿大(SAF)Foamtech, 韩国(Lasom)Hutte Kleinreichenbach(HKB), 奥地利(Metcomb)Shinko-Wire, 日本(Alporas)(Distributor:Gleich, 德国)制造商(产品)alm, 德国(AFS)Alulight, 奥地利(alulight)Gleich-IWE, 德国Schunk, 德国2 制备工艺泡沫铝的制备主要有两种方法（见表1）。
直接发泡法是通过向熔融金属中注入气体而产生泡沫，以使其中包含均匀分散的非金属颗粒。
另外，钛金属氢化物可以被添加到熔体中，其分解后具有相同的效果。
间接发泡法是通过加入均匀分散的发泡剂颗粒，大多为钛或锆的氢化物，而形成由铝混合物组成的固体预制品。
通过熔化，使预制品膨胀并形成泡沫。
2.1 熔体注气直接发泡法通过注入气体使铝或者铝合金发泡的技术，已经进入了商业开发阶段[7]。
碳化硅，氧化铝或其他陶瓷颗粒需要与合金混合而使之发泡。
增强颗粒的体积分数一般为10%至20%，平均粒径为5至20微米。
气体（通常是空气）是通过特别设计的注射器注入，其中一些可以旋转或振动。
由此产生的泡沫在液体顶部积累，并可以从那里被拉走，例如，通过皮带输送机，之后就可以进行冷却和固化。
泡沫材料既可以从铸造机中出来后就被使用，而具有一个封闭的外表面，也可以在发泡成型后切割成所需的形状。
这种发泡工艺的优点包括，泡沫可被大量的生产和达到较低的密度。
加拿大Cymat公司生产的泡沫材料，叫做“稳定泡沫铝（SAF）”就采用的这种方法。
最近，熔体发泡法已经被都位于奥地利的轻金属性能中心（LKR）和在Kleinreichbach 的冶金厂工作的科学家彻底改变了。
其关键是一种可以使泡沫具有均匀孔径的气体注入新概念。
此外，通过将泡沫填充入模具，可以制造出具有封闭外表面的复杂形状泡沫金属部件。
这种类型的泡沫铝，叫做“Metcomb”的商业开发正在进行。
2.2 预制品发泡处理泡沫铝预制品材料可以通过多种方法制备：•通过铝粉和钛金属氢化物混合后，压缩这种混合物。
例如，通过热压、挤压和粉末轧制，加工成致密的预制品[9]。
如果需要特定的泡沫合金成分，金属粉末需要按相应的混合物成分进行添加（'"Foam-in-Al"或"Aluligh t"工艺），•通过把制备预制品的粉末混合物制成坯料，并加热坯料到半固体状态，然后进行触变铸造制成部件预制品的形状[10],•通过在熔融态铝合金凝固前，向熔体中加入发泡剂。
在这种情况下，可以在压铸机中[11]或普通坩埚中完成。
然而，发泡剂粉末必须进行预处理，以防止它们过早分解[12](“Formgrip”工艺)。
•通过液态铝喷射工艺，使沉积物存在于发泡剂上。
用上述任何方法获得的泡沫铝预制品，都可以通过熔化形成泡沫。
一种基于间接发泡法的泡沫生产，现在正处于小规模商业的开发阶段。
进行商业开发的公司有：提供轻质金属材料的ShunK公司（吉森，德国），alm（萨尔布吕肯德，德国），Innovativer Werksoffeinsatz 公司，iwe公司(施特拉尔松，德国)和奥地利公司Alulight(Ranshofen)。
3 基础研究泡沫金属材料的历史很有意思，可以追溯到20世纪40年代[13]。
在20世纪50年代末到70年代的首次科研浪潮中，大量的专利被发表，许多发泡处理的改进方法被人提出。
除了参与研究公司的专利外，任何专利从未被公布过。
因此，许多细节都被遗忘了。
这使得现在很难评估，是否所有的想法在提出后被真正的执行过。
开始于80年代后期的第二次科研活动浪潮，导致了一些旧科技的重新建立和新科技的发现。
最开始的公司，比如Alcan公司，Hydro Aluminium公司和Shinko Wire公司，进行内部研究，但是随着对出版物态度的改变，自70年代以来，一些出版物出现了，有的甚至来自于公司的实验室。
位于Briemen的Fraunhofer科研机构，在重新改良了一种老式粉基金属发泡工艺后，于1990年参与到这个领域中。
从一开始，这个研究机构就开展和公布了与泡沫制备相关的工作。
然而，其工作任然不是基础性的，问题的处理大多是以不断探索和反复尝试的方法解决的，而不是系统的探究技术的背景。
这在工业驱动的研究中十分典型。
继90年代中期的美国研究计划和不久后的德国国家资助研究网站后，开始了大量的对泡沫金属的基础研究。
那时的情况是，基础研究正在试图追赶上早已存在的工业生产技术的步伐。
如今，基础研究出版物的数量每年都在增加。
目前（2005年年中）至少有550种泡沫金属材料的期刊出版物存在[6]。
泡沫金属物理学是一个活跃的研究领域。
研究的任务是弄清如何使金属泡沫稳定和稳定性如何才能改善。
其目的是使产品更加可靠，并提高泡沫金属的性能。
人们已经认识到，在液态金属中存在的，大小在几十纳米到几十微米范围内的非金属颗粒对泡沫金属的稳定性至关重要。
然而，其稳定的机制仍在讨论中。
类似于液态泡沫物理学，高温胶体化学已经被创造出来用于这个领域的研究[14]。
第二个重要的领域是结构与性能关系的研究。
直觉上似乎很明显，具有光滑孔壁的均匀金属泡沫，具有最佳的金属力学性能，但是仍然缺乏实际的证据。
由于有很多宏观和形态学参数来用来描述泡沫金属，比如泡沫金属密度、孔径分布、孔径方向、孔壁曲率、孔壁缺陷，并且微观结构同样发挥了重要作用，比如颗粒大小分布、杂质含量、老化情况，因此简单易懂的代表性实验证据很难找到。
第三，泡沫金属结构模型对解释实验数据至关重要，并可以帮助设计工程师应用材料。
不同层面上的模拟都已被使尝试过，从泡沫结构的微观模型本身开始，通常用简单的几何结构来代表真实的泡沫结构，并对全部组成部分进行模拟，其中的泡沫是由一个有效的媒质中间体代替的。
除了这些领域外，还有很多有趣的科研领域，例如，接合、切割或泡沫金属涂层。
基础研究的例子可以在MetFoam会议的会议记录[2-4, 15]中找到，也可以从两本手册[5, 16]中找到。
4 应用4.1 一般概念泡沫金属有许多适用于汽车制造业的性能。
自从泡沫金属被第一次研制开发后，汽车制造业对它们产生了极大的兴趣。
其潜在的应用还存在于轮船制造、航空航天业和民用工程中[1]。
其主要功能可分为如下部分：•轻质结构：泡沫铝可用于优化工程构件在特定质量下的弯曲刚度。
平泡沫板的弯曲刚度大致与泡沫铝密度呈负相关。
轻质结构利用的是负载变形曲线中准弹性和可逆的部分。
•能量吸收：由于其具有高孔隙度，当压力在材料抗压强度内时，泡沫铝发生变形时可以吸收大量机械能。
因此，泡沫金属可以在发生碰撞情况下，作为冲击能量吸收体而限制速度增加。
这种方法利用了负载变形图表中不可逆变形的水平状态。
由于泡沫金属可以具有比高分子基泡沫更高的破坏强度，高达20MPa，如今它们可以在以前泡沫无法涉及的领域中找到应用。
•声学与热控：泡沫铝在特定条件下，可以减少振动和吸收声音。
此外，它们的热传导率低，并能承受高温。
这些特性并不突出，例如，高分子泡沫材料可以更好的吸收声音。
但是，他们在与其他性能的泡沫的结合中十分有用。
这种应用利用了泡沫的内部组织结构，即迷宫式支撑结构和联通的空气填充空隙。
图1用钢网强化的泡沫铝零件。
右：复合材料左：预成型的钢网如果不只是一个，而是两个或更多的性能被开发出来，泡沫金属将很有可能具有更强的竞争力。
比如，真正的多功能将意味着轻质量结构的同时还具有减少噪音和在碰撞时吸收能量的特性。
在大多数情况下，单独用泡沫金属并不是解决特定工程问题的最佳方案。
对于刚度的优化的需要，具有致密表层的夹层板比简单泡沫板要好。
如果用泡沫填充入致密的金属零件或空心金属铸件中，它们将通过泡沫填充而被增强，而泡沫起到了非常有效的作用。
此外，泡沫金属可以用钢网增强，以提高抗张强度。
这可以在一些情况下与夹心板相竞争[17]。
这种复合材料的例子见图1。
我们将讨论泡沫铝复合材料的四种不同概念及相应的应用。
4.2 轻质结构泡沫铝夹芯板（AFS）AFS技术于1994年，由Bremen的Fraunhofer-IFAM和德国汽车制造师Karmann GmgH 开发。
这是一个使用高密度材料[18]，利用泡沫金属到联结上的例子。
夹芯板由泡沫金属核心和两块金属面板组成，可通过轧制使常规铝板，包覆到由粉末制造的泡沫铝预制品材料板制备。
由此产生的复合材料可以在任意步骤时被塑造成型，例如，使用深拉的方法。
在最终热处理时，只有泡沫结构的核心膨胀，面板保持密实，进而导致夹心结构的形成。
制造三维型面板的能力与较高的比强度是对于其竞争技术工艺的一个明显优势，比如，蜂巢结构工艺。
接合新的构造原理，AFS可以代替汽车中传统的冲压钢部件而使重量显著减少。
同时，AFS 可以减少汽车框架中零件的数量，方便组装，从而在降低成本的同时提高性能。
因此，这样的夹芯板除了轻质外，可以作为减震器。
AFS夹心板可以通过各种焊接技术与铝质零件联结而方便与车身的结合[19]。
最近，实用轻质材料公司（alm），是一家从Karmann泡沫金属团体中分离出的公司，构造了一个新式起重臂用来支撑一个安装在小货车上的修理平台[20]（见图2）。
目的是增加平台的垂直升降范围，从20m至25m，同时保证车辆的总重量低于3.5吨。
这个构想是通过防止货车进入不同的重量级而超过3.5吨，所造成的更高的保险费率和对司机技术的要求，以保证低廉的运营成本。
有限元计算表明，基于铝制零件的焊接结构不能支撑平台的重量，而钢基结构则至少重达80Kg。
AFS板将被成功得用于解决这个问题。
该解决方案是由用MIG焊接技术联结在一起的AFS板组成，其总重量为105Kg是可行的。
在机械臂转折点处的垂直压力为65KN，手臂底部的扭转力而85KNm。
这些部件进行了准静态测试和高达8000次循环的循环试验，且没有显示有损坏的迹象。