金屬纖維多孔材料的制備與應用研究

摘要：金屬纖維多孔材料作為兼備結構與功能的材料，憑借其良好的導熱、耐高溫等優勢，逐漸備受關注，且在生活實踐中被廣泛應用。而本文將對其制備與應用問題進行探究，其目的旨在為金屬纖維多孔材料的性能優化，提出幾點個人建議，進而助力其在更多領域發揮更大的價值。

關鍵詞：金屬纖維;多孔材料;制備;應用

引言

金屬纖維多孔材料是一種復合結構功能材料，不僅具備金屬所擁有的良好的導熱、導電、耐高溫等特點，且三維網狀的多孔結構，讓其具有高強韌性、高能量吸收等性能，進而一躍成為工業、生物等領域的重要材料，為了加深大眾認知，為了使其功能不斷優化，下文將對其相關問題進行探究。

一、金屬纖維多孔材料的制備分析

金屬纖維多孔材料的制備，與材料制備、機械加工技術的發展有著極大的關系，只有兩者均具備超高水平的情況下，才能制備出金屬纖維多孔材料。而當前，其制備的方式主要有兩種，一種是傳統制備，一種是在傳統制備基礎上衍生的增材制造，具體如下：

1、傳統制備

傳統制備技術主要包含金屬纖維制備與金屬纖維多孔燒結兩項，在金屬纖維制備方面，目前主要有熔抽法、切削法、線材拉拔法3類，如熔抽法，這種制備方法相對簡單，且成本較低，但是也存在一定的弊端，生產出來的纖維表面相對粗糙，絲徑不均，且拉伸強度較低，再如，線材拉拔制備，這種方式制備的金屬纖維雖然絲徑均勻、表面光滑，但工序中無用功環節較多，使其生產成本較高，故而，就目前情況而言，在金屬纖維的傳統制備方面，仍有待技術的提升。

在金屬纖維多孔燒結方面，目前常用的主要有固相燒結和液相燒結兩種。固相燒結技術，其方法操作相對簡單，且成本較低，技術也相對成熟，已經被廣泛的應用在制備金屬纖維多孔材料當中，其主要是將金屬纖維制成一定形狀和尺寸的壓坯后，在真空或還原性氣氛保護、處于熔點以下的條件下直接燒結成形，而液相燒結技術則適合制備高熔點金屬纖維多孔材料，相較于其他制備方法，制備的材料結合強度更高、結構更為穩定，但常常會受到材料的熔點、表面能等因素限制。

2、增材制造

增材制造是一種較為新型的金屬纖維多孔制備技術，其又被稱之為3D纖維沉積法，工作時，主要借助計算機相關技術完成，在實際制造中，將計算機輔助設計（CAD）與計算機輔助制造（CAM）結合，在氮氣氣氛保護下將熔融金屬粉末從噴嘴擠出，通過逐層定向沉積形成金屬纖維多孔材料，相信這項技術在不久的將來，能夠成為金屬纖維多孔材料制備的最主流方式。

二、金屬纖維多孔材料的應用

目前，金屬纖維多孔材料已經憑借其自身的諸多優點，而被廣泛的應用在過濾分離、吸聲降噪、高效換熱、阻尼減振、生物醫學等領域，并成為推動領域發展的中堅力量。具體如下：

1、過濾分離領域

新世紀之后，世界各國都對環境保護問題給予了高度重視，并紛紛采取各種手段，避免人為造成的環境污染，我國也不例外，而金屬纖維多孔材料，在環境污染治理方面，則是優質材料，其在捕捉和阻礙流體介質中的固體顆粒和懸浮物，與傳統的絲網過濾等方式相比，過濾作用明顯，它具有高強度、孔道均勻、比表面積大、流通能力強等優勢，且能夠適應高溫、腐蝕等惡劣環境，因此，被應用在潔凈煤、高溫煤氣除塵等眾多領域，為環境保護工作作出了巨大貢獻。

2、吸聲降噪領域

金屬纖維多孔材料不僅具有較好的過濾功能，且吸聲能力強大，因此，是很好吸聲降噪材料。長久的置于噪音環境中，會使人的身心受到嚴重的負面影響，而金屬纖維多孔材料，憑借其低密度、高比剛度、高強度、耐高溫性能和優異的機械性能，可以將聲音分貝降低，且能適應高溫、強振等惡劣環境，故而，其被廣泛的應用在演播廳、機場跑道、軌道交通等諸多領域。

3、高效換熱領域

換熱設備是能源轉換、傳遞、存儲和利用的關鍵，金屬纖維多孔材料不僅能滿足基本的換熱性能要求，而且因孔隙內強制對流換熱，具有高熱傳導系數、高比表面積、體積微型化以及降低成本等優點，被應用于熱交換器、微電子、表面燃燒器等領域。目前市場上換熱元件多為紫銅和不銹鋼多孔材料。

4、阻尼減振領域

大功率推進裝置、離心機、渦輪機等裝備由于工作過程中劇烈的流體摩擦，會引起運行精度下降、效能降低以及結構疲勞損傷等一系列問題。金屬纖維多孔材料由于其本身具有貫通的孔隙結構，在發生變形時能起到緩沖吸能的作用，從而使裝置內部的破壞程度減小。喬吉超等通過研究不同孔隙率不銹鋼纖維多孔材料的壓縮性能，發現隨著孔隙率的降低，多孔材料的能量吸收能力越來越強。為了表征金屬纖維多孔材料無序孔結構和壓縮性能的關系，劉世鋒等借助ABAQUS軟件建立了多種三維模型，對鈦纖維多孔材料的壓縮性能進行了有限元模擬，確定了不同結構參數的影響，并發現孔數量最多處會優先發生塑性變形。

結束語

綜上所述，金屬纖維多孔材料優點眾多，與傳統的金屬材料相比，無論在剛度、韌性，還是吸收能力方面，都要優于傳統金屬材料很多，且能夠適應高溫、潮濕、高振等惡劣環境，因此，金屬纖維多孔材料是一種十分優質的材料，相信不遠的未來，其身影一定會在更多的領域中出現，并成為其行業發展的重要力量。

參考文獻：

[1]王建忠，湯慧萍，敖慶波等.金屬纖維多孔材料復合結構的聲學性能[J].中國材料進展，2017（c1）

[2]敖慶波，王建忠，李愛君.金屬纖維多孔材料的吸聲性能[J].稀有金屬材料與工程，2017（2）

作者簡介：鐘江川，出生日期：1999年2月16日，性別：男，籍貫：四川省成都市，專業：材料科學與工程，學校：四川輕工化大學