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、