泡沫金属制备技术研究进展
泡沫金属材料的制备与性能研究
泡沫金属材料的制备与性能研究近年来，泡沫材料作为一种新型材料，被广泛应用于隔热、吸声、过滤、减震等领域。
而在这篇文章中，我们将集中讨论其中的一种——泡沫金属材料，探究其制备和性能方面的研究。
一、泡沫金属材料的制备泡沫金属材料的制备主要有三种方法：粉末冶金法、自发性膨胀法和前驱体法。
1.粉末冶金法粉末冶金法是通过在高温状态下将粉末压实，然后在惰性气氛或真空条件下进行高温退火，使金属粉末热膨胀形成泡孔的方法制备泡沫金属材料。
因为这种方法所得到的泡沫材料的孔径比其它两种方法得到的材料要细小，所以在一些领域中，其应用范围相对较窄。
2.自发性膨胀法自发性膨胀法是将金属粉末放进钢管中，在加热到一定温度后，金属粉末在其自身内部发生氧化还原反应，放出气体，使得热膨胀的金属粉末形成空心结构的泡沫材料。
这种方法得到的泡沫材料具有较大的孔径和比表面积和气膜厚度，所以在催化剂、吸附材料等领域中有着广泛的应用。
3.前驱体法前驱体法是在高分子聚合物溶液中先形成金属络合物，然后将其加热至一定温度，分解出气体形成泡孔的方法制备泡沫金属材料。
这种方法制备的泡沫材料具有均匀的孔径、较高的开孔率、高比表面积和良好的机械性能，所以在热阻隔、吸声等领域中有着广泛的应用。
二、泡沫金属材料的性能泡沫金属材料由于具有空心结构，所以其密度非常之小。
与普通金属相比，泡沫金属材料的抗压性能和比强度非常之高，同时其导热性和导电性能也比较强。
1.抗压性能泡沫金属在制备过程中，其空心孔隙的大小和分布会对其抗压性能产生一定影响。
一般来说，孔径越小，分布越均匀的泡沫材料其抗压性能就越好。
而当孔径较大时，由于其容易发生屈曲、断裂等现象，所以其抗压性能相对较弱。
2.导热性能泡沫金属材料的导热性能与其密度有关，密度越低，导热性能越强。
当空气孔隙率达到95%以上时，泡沫金属材料的热传导系数将会小于1W/mk，而这也是其他材料所不能比拟的。
因此，泡沫金属材料的导热性能表现出了卓越的隔热性能。
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 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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
泡沫金属制备技术研究进展
第22卷 第3期V ol 122 N o 13材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of Materials Science &Engineering总第89期Jun.2004文章编号:10042793X (2004)0320452205收稿日期:2003208225;修订日期:2003211212基金项目:云南省自然科学基金重点资助项目2000E0003Z作者简介:左孝青(1964-),男,副教授.研究方向:泡沫金属.E mail :zxqdzhhm @h 泡沫金属制备技术研究进展左孝青1,孙加林2(11昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南昆明 650093;21昆明贵金属研究所,云南昆明 650221) 【摘 要】 本文对泡沫金属制备技术研究现状进行了综述,并就其发展的前沿问题进行了讨论,指出了泡沫金属制备技术的理论研究和工业化规模生产技术的发展方向,对泡沫金属的研究和开发具有重要意义。
【关键词】 泡沫金属;制备;综述中图分类号:T B383,T B34 文献标识码:AR evie w on Foam Metal Manu facture T echniquesZU O Xiao 2qing 1,SUN Jia 2lin2(11I nstitute of Materials and Metallurgy E ngineering ,K unming U niversity of Science and T echnology ,K unming 650093,China ;21K unming Precious Metals I nstitute.K unming 650221,China)【Abstract 】 The present manu facture techniques of foamed metals are reviewed and the problems of making foamed metals arediscussed in this paper.Ideals of further research and development of theory foundation and making metal foams ,especially on a large industrial scale ,are put forward.Therefore ,this research is very significant in the production of cellular metals.【K ey w ords 】 cellular metals ;foamed metals ;manu facture ;review1 前 言泡沫金属是一种结构一功能一体化的结构和功能材料,具有低密度、高孔隙率、闭孔或开孔的结构特征,其性能表现有能量吸收、吸音、电磁屏蔽、低的热电导率、结构阻尼性能、高比刚度等,是不同结构仪器或装置的可选材料,在汽车、航空航天、建筑、包装、热交换、电池极板等领域有广泛的应用。
超轻泡沫金属材料的研究进展
孔 材料 ． 是 ， 但 由于发 泡过 程 的复杂性 ， 特别 是气 泡在温 度 场和 流动 场作 用下 ， 生 的聚 集 、 发 排液 和 破 裂对 最
２ ）制备 技 术． 沫铝 及其 他多 孔金 属 的制备 技术 ， 泡 加工 参数 对结 构及性 能 的影 响．
３ ）结 构与性 能 表征 ． 孔形 貌 、 观组 织及 性能 的多尺度 表征 ． 微 ４ ）数 值模 拟． 构演 化及 相关 性能 模拟 ． 结
５ 实 际应用 ． 战性 的应用研 究 与案 例分 析． ） 挑
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泡沫金属基复合析氢涂层催化材料的制备及性能研究
泡沫金属基复合析氢涂层催化材料的制备及性能研究随着能源需求的增加和环境污染的加剧，氢能作为一种清洁能源受到了广泛关注。
其中，析氢技术是氢能利用的重要途径之一。
为了提高析氢反应的效率和降低能源消耗，研究人员开始寻找新的催化材料。
泡沫金属基复合析氢涂层催化材料因其独特的结构和优异的性能成为了研究的热点。
泡沫金属基复合析氢涂层催化材料的制备是一个复杂的过程。
首先，选择适合的泡沫金属基材料作为载体，常见的选择有铝、镍、钛等。
然后，利用化学方法或物理方法将催化剂引入泡沫金属基材料中。
常用的催化剂有铂、钯、镍等。
最后，通过热处理等工艺将催化剂与泡沫金属基材料进行固定，形成复合析氢涂层催化材料。
制备过程中的关键是控制催化剂的分散度和固定度，以及泡沫金属基材料的表面性质。
泡沫金属基复合析氢涂层催化材料具有许多优异的性能。
首先，由于泡沫金属基材料具有多孔的结构，可以提供大量的反应活性位点，增加催化反应的表面积。
其次，催化剂的引入可以提高反应的速率和选择性，降低反应的起始温度。
此外，泡沫金属基材料具有良好的导热性和导电性，有助于催化反应的进行。
最重要的是，泡沫金属基复合析氢涂层催化材料具有较高的稳定性和寿命，可以多次使用而不损失催化活性。
然而，泡沫金属基复合析氢涂层催化材料还存在一些问题。
首先，制备过程中的工艺条件需要进一步优化，以提高催化剂的分散度和固定度。
其次，催化剂的选择和设计需要更加精确，以适应不同的析氢反应条件。
此外，催化材料的寿命和稳定性也需要进一步改进，以满足长期工作的需求。
综上所述，泡沫金属基复合析氢涂层催化材料具有很大的应用潜力。
通过优化制备工艺和催化剂设计，可以进一步提高催化材料的性能。
未来的研究方向应该集中在提高催化剂的稳定性和降低能源消耗上，以促进析氢技术的发展和应用。
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。
粉末冶金原理课程设计文献综述泡沫铝的研究进展制备工艺及
《粉末冶金原理》课程设计文献综述泡沫铝的研究进展制备工艺及趋势学生：学号：11 专业：金属材料工程班级：机材A0941 授课教师：宋杰光机械与材料工程学院二O 一一十月文献综述前言随着现代科技和材料科学的发展，新型多孔材料的应用也越来越广泛。
泡沫铝是一种在金属铝基体中分布的有无数气泡的多孔质材料，它具有密度小、比表面积大、电磁波吸收性好、能量吸收性好、换热散热能力高、吸声性和隔音性好及优良的流通和过滤分离能力、耐热耐火、无污染、低吸湿性、能回收再利用等【——】优良性能1 3 。
在1940s 后期就美国有了对泡沫金属材料的研究，自1987 年日本九州工业技术研究所发明了泡沫铝的生产技术依赖，在世界范围内开始了该领域的研究。
目前，日本与德国在研究、生产和应用泡沫铝与其他金属泡沫方面居世界领先地位。
我国对泡沫铝的研究始于1980’s 后期，已取得一系列研究成果，但无突破性进展，未形成生产力【4】。
泡沫金属材料的制备大体可分为粉末冶金法、渗流铸造法、喷射沉积法、熔体发泡法和共晶定向凝固法等5。
目前研究的重点仍集中在制备过程的控制，研究的热点是如何获得稳定高质量的泡沫结构和简化生产过程、降低生产成本；应用的领域从高科技到民用工业，十分广泛【6】。
正文一泡沫铝的性能及应用由于制备工艺的不同，从结构看泡沫铝可分为闭孔结构的泡沫铝和开孔结构的泡沫铝。
结构不同导致的性能差异，使其具有不同的用途。
在冶金、化工、航空航天、船舶、电子、汽车制造和建筑业等领域得到了和将要得到广泛应用【7】。
与传统金属铝相比，泡沫铝有如下优越性：1 、密度小泡沫铝是一种轻质功能材料。
泡沫铝密度通常为1 8 0—4 8 0 k g／r n 3 、约为铝密度的l／l 0 、钛密度的1／2 0 、钢密度的1／3 0 及木材密度的l／3 。
一般建筑材料采用密度为2 0 0 —3 0 0 k g ／m的泡沫铝材，而用做消声材料时则用密度为3 2 0—4 2 0 k g／m3 的材料。
泡沫金属的现有制备方法总结
泡沫金属的现有制备方法总结泡沫金属是一种具有多孔结构和良好力学性能的材料，广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等领域。
本文将总结泡沫金属的现有制备方法，并对其特点和应用进行探讨。
首先，模板法是最早采用的一种制备泡沫金属的方法。
该方法将金属粉末和模板混合后，在高温下进行烧结，然后通过酸蚀模板，得到具有多孔结构的泡沫金属。
该方法制备的泡沫金属具有较高的孔隙率和良好的成型性能，但模板的选择和处理过程会对成品的性能和形状产生影响。
第二，溶胶凝胶法是一种利用溶胶凝胶反应生成的孔洞来制备泡沫金属的方法。
该方法主要包括凝胶浸渍法和凝胶共凝胶法。
凝胶浸渍法是将金属溶胶浸渍到泡沫状的碳骨架中，然后经过热处理得到泡沫金属。
凝胶共凝胶法是将金属溶胶和有机高聚物溶胶融合，形成共凝胶，再通过热处理得到泡沫金属。
这两种方法制备的泡沫金属具有较高的孔隙率和良好的力学性能，但制备过程复杂，需要对溶胶和凝胶的性质进行精确控制。
第三，电解法是一种利用电解过程生成气泡来制备泡沫金属的方法。
该方法主要包括电解沉积法和电解析出法。
电解沉积法是在金属表面通过电化学反应析出气泡，然后通过热处理得到泡沫金属。
电解析出法是在金属溶液中施加电流，将阳极上的金属析出成泡沫状，再通过热处理得到泡沫金属。
这两种方法制备的泡沫金属具有较高的孔隙率和良好的导电性能，但制备过程中需要对电解条件进行精确控制。
第四，发泡焊接法是一种利用熔化金属的表面张力迫使金属熔滴在钢网上形成泡沫金属的方法。
该方法通过加热金属粉末，使其熔化并附着在钢网上，通过熔滴的浸渍和堆积形成泡沫金属。
这种方法制备的泡沫金属具有较高的孔隙率和良好的抗压性能，但制备过程中需要对加热温度和金属粉末的大小进行精确控制。
最后，高温直接发泡法是一种利用金属的熔点来制备泡沫金属的方法。
该方法将金属加热到超过熔点，并通过气体压力和表面张力使金属形成泡沫状。
这种方法制备的泡沫金属具有较高的孔隙率和良好的热传导性能，但制备过程中需要对温度和气体压力进行精确控制。
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。
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。
铸造法制备泡沫钢研究进展
金 法【 ９ － 、铸造 法 和沉积 法【等 ，其 中铸 造法 生产 成本 ３ ］
低 ，制 品尺 寸不受 限制 ，易实 现大规 模 生产 ，成 为制
备 泡沫 钢颇 具前 途 的方法 。但 因钢 液温 度高 、凝 固时 间长 ，制 备难 度 大 ，使 得铸 造法 制备 泡 沫钢 的研 究进
Ｓｅ ．２ １ ｐ ０１ Ｖｏ ． ０ Ｎｏ． Ｉ ６ ９ ・８ １ ・ ５
铸造 法制备泡沫钢研究进展
杨 全 占，于 波 ，赵 芳 欣 ，王景 成
（ 阳铸 造 研 究 所 ，辽 宁 沈 阳 １０ ２ ） 沈 １０ ２
摘要 ：介绍了熔体发泡法、渗流铸造法和Ｇ ｓ ￣三种铸造方法制备泡沫金属的工艺原理以及国内外采用这几种方法 ａａ ｒ
功 能材料使用 前途广泛 。
泡 沫金 属 的研究 始 于 １４ 年 ，研究 的初衷 主要 是 ９８
追 求产 品的轻 量化 ，研 究对 象 主要集 中在 铝等 密 度 和
熔 点较 低 的金 属 。经过 ６ 多 年 的发展 ，泡 沫铝 在 工艺 ０ 技 术 、基础 理论 等方 面 的研 究有 了较 大进 展 。 国外 一 些 发 达 国家 已经具 备 产业 化 生 产 的能力 ，如 在美 国 、
（ ｈ ｎ ａ ｇ Ｒ ｓ ａ ｃ ｓｉ ｔ ｆ ｏ ｎ ￣， ｈ ｎ ａ ｇ １ ０ ２ Ｌ ｏ ｉ ， ｉａ Ｓ ｅ ｙ ｎ ｅ ｅ ｒｈＩ ｔｕｅｏ ｕ ｄ Ｓ ｅ ｙ ｎ ２ ， ｉ ｎｎ Ｃｈｎ ） ｎ ｔ Ｆ １ ０ ａ ｇ
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镁合金泡沫化研究进展
Байду номын сангаас
要： 简述 了当前 泡沫钱合金研 究较 多的几种制备 方 法，平对其 工艺原理 、 ： 工艺过程及 优 劣予 以对 比分
析 。 并论 述 了泡 沫镁 的 压 缩性 能 和仿 生 性 能 。 最 后 对 泡 沫镁 合金 的 工 业 化 生 产提 出 了看 法 及 展 望 。
关 键 词 ： 沫 金 属 ； 沫镁 合金 ； 备 方 法 ； 缩 性 能 ； 生性 能 泡 泡 制 压 仿
中图分 类号 ：Ｂ ８ Ｔ ３３
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：１７ — ６ ４ ２ １ ）３ ０ ４ — ６ ６ ． ６９ （０ ０ ０ — ０ ９ ０ ４
Ｔｈ ｅ Ｃｕｒ ｅ ｓ ａｒ ｈ ｔ ｔ ｆ Ｆｏ ｍ ｅ Ｍ ａ ｎｅ ｉ ｒ ｎｔＲｅ ｅ ｃ Ｓ ａ ｕｓ ｏ ａ ｄ ｇ ｓｕｍ ｌ ｙ Ａｌｏ
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域
性（ 如吸音 、 减震等 ）渗透性 、 、 阻燃耐热性 、 轻质 ， 耐 冲击及优 良的电学性能和可 回收性等特点 ， 因此它 在 国内 外 一 般工 业 领 域 及 高 技 术 领 域 都 得 到 了 越
来越 广 泛 的应 用
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。
泡沫金属的研究与进展
泡沫金属的研究与进展1 泡沫金属的概念及特点泡沫金属指孔隙度达到90%以上，具有必然强度和刚度的多孔金属材料。
含有泡沫状气孔的与一样烧结多孔金属相较，泡沫金属的更高，尺寸较大，可达7毫米。
由于泡沫金属是由金属基体骨架持续相和气孔或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，并受制备工艺的阻碍。
通常，泡沫金属的随气孔率的增加而降低，其、也相应呈指数关系降低。
当泡沫金属经受压力时，由于气孔塌陷致使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良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、镍、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良特性：例如阻尼性能好,流体透过性强,声学性能优良热导率和电导率低等等。
作为一种新型功能材料，它在电子、通信、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普遍的用途。
2 泡沫金属的用途电极材料随着高级电器(便携式运算机、无绳等)的迅速进展,可重复利用的高体积比容量、高质量比容量的充电电池的消耗也愈来愈大。
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镍作为电极材料用于N i-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，镍镉电池、镍氢电池、可充电碱性电池一致趋向于采纳泡沫镍作为正负极板以提高容量，这是电池行业的一个冲破。
对电池电极用泡沫镍的性能参数要求已有较为深切的研究。
催化剂化学反映尤其是有机化学反映中，催化剂常常起着超级重要的作用，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，化工行业中可直接利用泡沫镍作镍催化剂，或将泡沫镍制成催化剂载体,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，。
泡沫金属的制备及其力学性能
泡沫金属“三明治”夹芯板的制备及其力学性能摘要：本文首先介绍了轻质多孔材料的发展现状，接着重点介绍了泡沫金属的研究现状。
其中包括泡沫金属的不同制备工艺及力学性能。
泡沫金属的应用形式多种多样，本文从中选择了泡沫金属“三明治”夹芯板，介绍了的目前较为成熟的制备工艺方法。
关键词：超轻多孔材料金属泡沫制备性能一、绪论1．超轻多孔材料的由来超轻多孔金属材料具有体积密度小，相对质量轻，比表面积大，比力学性能高，阻尼性能好等特点，已成为一种优秀的新型功能结构材料。
由于优异的物理、力学性能，且兼具功能和结构的双重属性，超轻多孔金属材料被广泛地应用于航空航天、电子通讯、交通运输、医疗器械等领域，涉及到过滤、消声、热交换、吸能、电磁屏蔽、催化等诸多功能，在科学技术和国民经济建设中发挥着巨大的作用。
作为一种新型多功能结构化材料，超轻多孔金属材料在宏观结构上构按规则程度可分为有序和无序两大类，前者主要是以金属或复合材料为基体的点阵材料，后者主要是泡沫化金属和烧结金属多孔材料[1]。
其中，点阵材料主要包括四面体、金字塔型、Kagome、八面体和latticeblock构架等几种，其制备方法主要有基于金属纤维编织工艺基础之上的网系叠层点焊方案、熔模铸造方案和轧制-电镀焊接方案，原材料多为铝、钢等[2]。
2．泡沫金属及其应用泡沫金属是一类具有高孔隙率、低密度，在力学、声学等方面具有独特优势的新型材，根据胞元是否互相连通可以分为开孔泡沫与闭孔泡沫，如下图1所示。
图1.开孔泡沫与闭孔泡沫目前绝大多数商用泡沫金属均是基于泡沫铝和泡沫镍的产品。
作为一种新型材料，泡沫金属尚未得到充分的表征，其制备过程也没有得到很好的控制，所以性能还具有一定的不稳定性。
但是随着制备工艺的不断发展，泡沫金属在轻质刚性结构方面具有很广阔的前景。
近年来很多学者对泡沫金属的力学性能和结构组合方式进行了大量的研究，获得了一些较为实用的经验和数据。
下表1是泡沫金属在未来发展中的潜在用途举例。
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第22卷 第3期V ol 122 N o 13材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of Materials Science &Engineering总第89期Jun.2004文章编号:10042793X (2004)0320452205收稿日期:2003208225;修订日期:2003211212基金项目:云南省自然科学基金重点资助项目2000E0003Z作者简介:左孝青(1964-),男,副教授.研究方向:泡沫金属.E mail :zxqdzhhm @h 泡沫金属制备技术研究进展左孝青1,孙加林2(11昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南昆明 650093;21昆明贵金属研究所,云南昆明 650221) 【摘 要】 本文对泡沫金属制备技术研究现状进行了综述,并就其发展的前沿问题进行了讨论,指出了泡沫金属制备技术的理论研究和工业化规模生产技术的发展方向,对泡沫金属的研究和开发具有重要意义。
【关键词】 泡沫金属;制备;综述中图分类号:T B383,T B34 文献标识码:AR evie w on Foam Metal Manu facture T echniquesZU O Xiao 2qing 1,SUN Jia 2lin2(11I nstitute of Materials and Metallurgy E ngineering ,K unming U niversity of Science and T echnology ,K unming 650093,China ;21K unming Precious Metals I nstitute.K unming 650221,China)【Abstract 】 The present manu facture techniques of foamed metals are reviewed and the problems of making foamed metals arediscussed in this paper.Ideals of further research and development of theory foundation and making metal foams ,especially on a large industrial scale ,are put forward.Therefore ,this research is very significant in the production of cellular metals.【K ey w ords 】 cellular metals ;foamed metals ;manu facture ;review1 前 言泡沫金属是一种结构一功能一体化的结构和功能材料,具有低密度、高孔隙率、闭孔或开孔的结构特征,其性能表现有能量吸收、吸音、电磁屏蔽、低的热电导率、结构阻尼性能、高比刚度等,是不同结构仪器或装置的可选材料,在汽车、航空航天、建筑、包装、热交换、电池极板等领域有广泛的应用。
1948年S osnik 的专利技术[1],使人类第一次有了金属发泡体的概念。
1950～1980年近30年里,泡沫金属研究基本处于不活跃阶段。
1983年,G 1J 1DVIES 发表的论文[2]是泡沫金属系统化研究开始的标志,近20多年来,泡沫金属的研发十分活跃,是多孔材料的一个重要的组成部分和分支。
L 1J 1G ibs on 和M 1F 1Ashby l988年出版了“多孔固体2结构和性能”专著[3],该著作至今仍是多孔材料领域的重要论著;2000年M 1F 1AShby 等[4]第一次系统地总结了泡沫金属的制备、性能和应用;2001年,J 1Banhart 的论文[5]对泡沫金属的近期研究和发展工作进行了系统的总结;2002年,H 1P 1Degischer 出版了最新的泡沫金属论著[6],是目前泡沫金属的研究成果的最新成果的总结;90年代后期,J 1Banhart等创立了泡沫金属国际性学术机构,每年举办国际学术会议等活动[7]。
目前,欧洲、美国、日本等发达国家的研发活动都十分活跃,已涌现出一批泡沫金属产品的公司(如Shinko 2Wire ,Cymat ,Aluligy ,Schunk ,K arnan ,Neuman 2Alu foam等)。
1980年以来,国内的东南大学[8]、哈尔滨工业大学[9]、东北大学[10]、武汉科技大学[11]、昆明理工大学[12]、太原重型机械学院[13,14]等都在从事相关研究。
东南大学等采用熔融金属发泡法,以T iH 2为发泡剂,Ca 为增粘剂,得到了气孔率大于80%的泡沫铝产品,并且在泡沫金属材料的性能测试方面[15,16]也作了大量工作,对泡沫金属热、声、阻尼性能的研究已具备了一定水平,并进行了泡沫铝的产业化尝试。
本文就泡沫金属的制备技术研究进展进行了详细的综述,并对发泡法制备技术的理论研究及前沿性发展问题进行了重点评述。
2 泡沫金属的制备技术进展图1从泡沫孔的结构(开孔、闭孔)、金属的状态(液态、粉末)和孔结构形成机制出发,对泡沫金属的制备技术进行了分类。
图1 泡沫金属的制备方法[17]Fig.1 Processing techniques for cellular metals 闭孔泡沫可通过发泡工艺获得,其生产方法主要有:熔体发泡法、直接喷吹气体发泡法、金属粉末与发泡剂混合体致密化发泡法等。
通孔泡沫可以通过渗流铸造、沉积、粉末松装烧结、添加造孔剂等工艺获得,其主要途径是首先获得多孔预制件,预制件可为盐(NaCl)的烧结体,或为多孔塑料、或为激光快速成型体等,利用多孔预制件进行渗流、沉积、烧结等工艺,可获得通孔金属泡沫。
通孔泡沫的特点在于结构可控,但与发泡闭孔泡沫相比,其工艺过程相对复杂,增加了预制件成型工序和相关设备,且预制块(如NaCl 等)对型模和环境的不良作用很大,故生产的规模化前景不如发泡法。
但通孔泡沫金属,附加值高,在功能应用上比闭孔泡沫有优势。
泡沫金属的制备可从固态、液态、气态出发而获得,从固态出发的方法有:粉末或纤维的烧结、气体存留、粉浆成型、空心球烧结、反应烧结、激光快速成型等;从液态出发的方法有直接喷吹气体、发泡机剂发泡、共晶定向凝固、粉末致密化发泡、多孔塑料的熔模铸造、空心球浇铸、喷射成型等;从气态出发的有气相沉积;另外还有电沉积等方法可以生产金属泡沫。
图1所示的众多制备方法中,甚至包含了激光快速成型技术(RP),涉及的领域非常广泛,其中具有工业化前景的方法主要是铸造法和粉末冶金法,尤以铸造法中的熔体发泡法和喷吹气体发泡法最可能实现规模化生产。
铸造法生产泡沫金属,最大的优势在于低成本,但存在孔结构(即发泡剂或喷吹的气体在熔融金属中的均匀发泡和分散)控制困难的弱点,使其应用推广受到一定限制。
铸造法生产泡沫金属,应进一步降低成本,稳定工业规模生产的工艺控制和质量,以获得与其它非金属泡沫市场竞争的优势。
目前金属泡沫以铝和铝合金泡沫为主,其它金属泡沫有镁、铜、钛、铅、锌、镍和钢泡沫等,但所占比例较小。
211 铸造法21111 发泡法(熔融法) 该方法的工艺过程是:向熔融金属中加入增粘剂,使其粘度提高,然后加入发泡剂,发泡剂高温分解产生气体,气体膨胀使金属发泡,确保气泡相对稳定、不逸出,然后冷却下来或浇注发泡冷却,得到泡沫金属。
常用的发泡剂为T iH2、Z rH2等金属氢化物,也有用CaC O3作发泡剂的[18]。
该方法最早的报道是1986年S1Akiyama 的专利[19],后J.I ljoon[20]进一步叙述了增粘剂对泡沫的稳定作用。
该方法工艺难度较大,产品的气泡均匀性及大小不易・354・第22卷第3期左孝青,等.泡沫金属制备技术研究进展 控制。
目前,采用高速搅拌和选择合适的增粘剂,使发泡剂和金属熔体均匀混合分散,通过发泡温度、时间和粘度控制,已经可以制备一定规模、泡沫结构相对均匀的泡沫铝。
另外,可采用向金属熔体中吹入气体的方法来代替发泡剂,使气体在金属熔体中上升,金属在顶部冷却并固定气体,形成闭孔的金属泡沫[21]。
21112 渗流铸造法[22] 将粒子(通常为NaCl 和K Cl 颗粒)预压成型后烧结为多孔的预制快,预热至一定温度,把熔融金属在(高、负)压力的作用下渗入预制块粒子的缝隙中,形成金属和粒子的复合体,对复合体机加工制成所需形状,最后除去粒子(如NaCl 可用水溶除),可得到通孔的泡沫金属。
用这种方法制备的泡沫金属孔隙率在50%～70%以上,孔结构与所用粒子形状、大小及烧结条件有关。
21113 中空球料法[23] 此方法是先将金属在坩埚中熔化,然后加入中空的球料,并进行搅拌,使这些颗粒均匀地分散到金属熔体中去,冷却到适当的粘度后进行浇注。
这种方法适用于制备高熔点耐热合金泡沫,如泡沫钨等。
21114 熔模铸造法[24] 熔模铸造法是用易于去除的材料填充海绵状泡沫塑料的孔隙,然后使之硬化,再把它们一起加热,使塑料成分挥发出来,从而生产出具有海绵状孔隙的模子。
将金属倒入模内,使其冷却和凝固,去掉里面易于去除的材料后,便获得与原来海绵状塑料模具具有相同结构的泡沫金属,用此法可制备低熔点的多孔泡沫金属如泡沫铜、铝、铅、锡等。
212 沉积法21211 电沉积法[25,26] 该方法采用有机聚合物泡沫,通过导电涂层处理、电镀、去除聚合物泡沫、烧结几个步骤获得通孔金属泡沫。
导电涂层处理采用浸渍导电浆料、阴极溅镀沉积进行,电镀后有机聚合物泡沫通过热分解去除,再经过适当的烧结,获得通孔的泡沫金属。
该方法可制备镍、铬、铜等金属泡沫,孔径015mm ～312mm ,比表面积500～700m 2Πcm 3。
21212 气相沉积法[27,28] 金属泡沫也可以通过气体金属或气体金属化合物获得。
采用多孔聚亚胺脂泡沫等作为先驱材料,金属或金属化合物气体在真空或惰性气氛中沉积在先驱材料上,通过工艺控制,获得一定厚度的沉积层,先驱材料通过加热或者化学方法去除。
用于电池电极材料的多孔镍泡沫可用此法生产,如“Incofoam ”泡沫镍,其相对密度为012～016g Πcm 3,抗拉强度016MPa 。
213 粉末冶金法21311 粉末致密化2发泡法(粉体发泡法) 该方法最早的报道是1959年B.C 1Allen [29],近期研究报道最多的是德国的J 1Banhart [30],昆明理工大学通过模压2发泡工艺已成功地获得结构可控的泡沫铝[31]。
该工艺通过对铝合金粉末与金属氢化物(T iH 2)混合均匀后,压制或挤压致密化,再热压进一步提高发泡先驱体的密度,然后将发泡先驱体加热到稍高于材料熔点的温度进行发泡,获得闭孔泡沫材料。