多孔金屬材料的制備及應用

摘要：近年來，隨著經濟的發展，科技也在不斷的進步，對于多孔金屬材料的制備工藝技術也在不斷的提高，并且在日常工作、生活中被廣泛的應用。可以說，多孔金屬材料的出現，在很大程度上解決了陶瓷材料的難加工問題。并且，這種多孔材料在電極和裝飾性材料方面發展空間很大。因此，我們有必要深入、科學的研究多孔金屬材料的制備工藝以及它的實際應用，讓它能夠更好的發揮其作用。

關鍵詞：制備技術；多孔金屬材料；應用；

多孔金屬材料是一種具備良好物理性能的新型材料，它具有密度小、減震性能好、吸收噪音能力強等特點。現在已經被廣泛的應用于高溫度的液體過濾器、催化劑當中，甚至被作為航空以及一些建筑材料當中的某一結構材料。可以說，多孔金屬材料有很可觀的發展前景，對它進行深入的探索，通過技術的加工處理，可以使它滿足更多領域的工藝需求，創造更多的社會價值和經濟價值。

1.多孔金屬材料的制備工藝

1.1.發泡法

發泡法主要分為直接吹氣法、粉末發泡法以及金屬氫化物分解發泡法。它們之間有各自的特點。首先，直接吹氣法。直接吹氣法，它是一種非常簡單的方法，同時它具備便捷、迅速、能耗低等特點。它主要是通過特定的吹氣裝置，把底部的氣體吹進熔體，然后將所產生的氣泡凝聚到一起，形成整個泡沫，再用傳送帶將這些金屬泡沫進行運輸，并在運輸過程中把這些泡沫冷卻，形成泡沫產品。其次，粉末發泡法。這種工藝是通過把發泡劑和金屬按照比例來進行混合，然后攪拌均勻之后會對它施加一定的壓力，最后將其壓制成形。把成型之后的材料經過第二次的加工，成為半成品，然后放入鋼模中進行加熱，讓發泡劑在受熱之后分解發泡，最終制成多孔泡沫金屬材料。最后，金屬氫化物分解發泡法。這種方法主要是把金屬氫化物粉末加入到熔融的液體金屬當中，氫化物經過高溫加熱之后，會分解出氫氣，同時，自身的體積也會膨脹，整個液態金屬進而發泡，再經低溫冷卻之后制成泡沫金屬材料。

1.2.燒結——脫溶法

燒結——脫溶這種制備技術的具體步驟如下：先把金屬的粉末以及一些可以去除掉的填充顆粒進行均勻的攪拌，攪拌均勻之后將這種混合物放到壓制設備當中開始壓制，并且形成半成品，最后再對溫度進行調試，調試到一個適合的溫度后開始燒結半成品，經過這個程序之后，多孔金屬的整個制備過程就結束了。具體制備程序如下圖所示：

1.3.滲流鑄造法

滲流鑄造法的基本流程是：將填充原料放進鑄造模具當中，然后，在它的周圍進行金屬澆鑄，最后把最初所填充的原料拿掉，獲得泡沫金屬材料。這種滲流的澆鑄方法，可以按照不同的滲透壓力來進一步劃分為低壓滲流和高壓滲流兩種方法。低壓滲流是把一些具有可溶性的填充材料放到預熱爐的上部位置，進氣口對其進行加壓，使液態的金屬順著腔體上升，進入到預熱爐里和事先填充好的原料顆粒進行混合，最后經過冷卻之后去除顆粒。高壓滲流則是把具有可燃性的調節載體與填充原料按照規定的比例進行均勻的混合，把二者的混合物放在同一個模型中施加壓力將其壓制，在進行烘干之后，把所得到的預制塊放到高壓滲流的模具內，隨之加入呈熔融狀的液態金屬，讓金屬塊能夠迅速的滲入到預制塊的各個縫隙中，最后經過冷卻把一些可燃性的預制塊進行高溫燃燒除掉，得到呈三維網狀的泡沫金屬。無論是那種滲流鑄造法，都需要注意的是，所填充的燃料顆粒一定是要經過事先預熱的，因為這樣一來，就可以避免在滲透的過程中由于金屬液的提前凝固，而導致無法充分滲透的現象發生。滲流鑄造法解析圖如下：

1.4.自蔓延合成法

這種多孔金屬材料的制備方法主要是利用材料之間的化學反應來實現的。在原材料組分之間，材料會相互接觸發生化學反應，放出強烈的熱氣，在這種情況下，材料首先會確保自身的反應能夠正常進行，與此同時，也會產生很多孔隙。這種通過放熱反應而快速擴展的現象就是自蔓延，它可以在很短的時間內快速的完成所有的燃燒過程。因為發生化學反應的一瞬間會產生極高的溫度，所以，也很容易就可以獲得純度高的材料。自蔓延合成法主要是依靠化學反應形成多孔結構，這些孔隙之間大多數都相通的，材料的孔隙度可以達到60%以上。

2.多孔金屬材料的應用

多孔金屬材料因為自身具備的優良性能，所以，它可以作為結構材料和功能材料被應用于更廣泛的領域當中。

2.1.作為結構材料的應用

2.1.1.作為能量吸收材料

多孔金屬作為結構材料，主要應用于船舶、汽車、鐵路、生物醫學等領域。首先，它有良好的能量吸收作用。如圖所示，將多孔金屬的壓縮應力——應變曲線分為下圖中的三個階段：

材料能量吸收能力的強弱主要是由屈服平臺區域決定的，由于這個區域的特點是不僅寬而且很高，所以，可以獲得更大的吸附能力。正因如此，泡沫金屬可以用于汽車制造當中，在汽車發生碰撞時可以吸收各部件的能量，減少傷害。

2.1.2.生物材料

多孔金屬材料由于自身結構的特點，帶有很多開放的孔狀結構，這種特點可以使得新的骨細胞在孔內生長。而多孔材料所具有的強度特點，可以使得骨細胞生長的大小按照孔隙的大小來和自然骨進行配合。其中，多孔鈦已經被正式的納入骨用生物材料當中。

2.2.作為功能材料的應用

2.2.1.過濾與分離

因為多孔金屬材料有很好的滲透性，所以，它的過濾與分離在實際生活當中得到了充分的利用。其中，針對過濾這一特性，多孔不銹鋼的應用最為廣泛。通過多孔不銹鋼來凈化空氣，能夠很好的抑制厭氧細菌的快速生長，這種過濾設備的出現，幾乎代替了之前的活性炭空氣過濾器。在航天事業中，多孔不銹鋼也被應用于對制導舵螺中液壓油的凈化工作當中，同時，它還應用在凈化燃料管路中回收催化劑等方面。

2.2.2.電池的電極材料

把具有高孔隙率的多孔金屬材料當作電池的電極材料，可以說這一舉措是電極事業中的一大壯舉，同時，也推動了電極行業的發展進程。我們不僅可以將泡沫鎳當作電化學反應堆中的電極材料，與此同時，它還能夠作為可以進行充電的NiCd電池。用鑄造工藝進行制備所獲得的多孔鋅電極要比以往用電沉積法制備所獲得的多孔電極在孔隙率上可以多出80% ，在這過程中可以進一步加大電極的表面積，從而，使電極充電時和放電時所產生的實際電流密度有所降低，更好的改善了電極的比容量、活性物質的利用率等參數。

總結：

綜上所述，隨著工業生產的不斷進步，人們對多孔金屬材料的制造工藝要求的越來越高，并且對這一新型材料的需求量也隨之增大。但是，多孔金屬材料的制備過程中還存在一些技術上的局限性，因此，這也需要相關的技術人員不斷的探索和完善這項工藝，開發出多孔金屬材料更大的發展潛力，讓它能夠更廣泛的應用于人們的實際生活當中。

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作者簡介：

楊曉萍，女，漢族，1967年5出生，籍貫 山東日照市莒縣，實驗師，現在山東

理工學院做機械工程材料及加工方向工作