dr由什么组成材料结构表征及应用-材化班.

1 金属多孔材料 非金属081班 田子明 080604133 摘要：金属多孔材料是当前发展较快的一种功能材料，它具有渗透性好、孔径可调、耐腐蚀、耐高温、强度高等优点，可以制成过滤器、分离膜、消音器、催化剂载体、电池电极、阻燃防爆等材料，在原子能、石化、冶金、机械、医药、环保等行业已得到了广泛的应用。 关键词：属金多孔材料 制备方法 应用 所谓多孔金属材料是指一种金属骨架里分布着大量孔洞的新型材料, 以多样化孔隙为特征的广义阻尼材料。按其结构来分,可分为无序和有序两类,前者如泡沫材料, 而后者主要是点阵材料。按孔之间是否连通,可分为闭孔和通孔两类,前者含有大量独立存在的孔洞, 后者则是连续畅通的三维多孔结构。多孔金属由金属骨架及孔隙所组成,具有金属材料的可焊性等基本的金属属性。相对于致密金属材料, 多孔金属的显著特征是其内部具有大量的孔隙。而大量的内部孔隙又使多孔金属材料具有诸多优异的特性,如比重小、比表面大、能量吸收性好、导热率低(闭孔体)、换热散热能力高(通孔体)、吸声性好(通孔体)、渗透性优(通孔体)、电磁波吸收性好(通孔体)、阻焰、耐热耐火、抗热震、气敏(一些多孔金属对某些气体十分敏感)、能再生、加工性好, 等等。多孔有机高分子材料强度低且不耐高温,多孔陶瓷则质脆且不抗热震,因此,多孔金属材料被广泛应用于航空航天、原子能、电化学、石油化工、冶金、机械、医药、环保、建筑等行业的分离、过滤、布气、催化、电化学过程、消音、吸震、屏蔽、热交换等工艺过程中,制作过滤器、催化剂及催化剂载体、多孔电极、能量吸收器、消音器、减震缓冲器、电磁屏蔽器件、电磁兼容器件、换热器和阻燃器,等等。另外,还可制作多种的复合材料和填充材料。多孔金属既可作为许多场合的功能材料,也可作为一些场合的结构材料, 而一般情况下它兼有功能和结构双重作用, 是一种性能优异的多用工程材料。 一、金属多孔材料的研究现状 金属多孔材料属于人造多孔材料。近10 年来，多孔材料特别是金属多孔（泡沫）材料发展迅速。以泡沫铝为典型的金属泡沫材料的制备、性能和应用研究非常活跃，已经发表了大量文献和学术专著。这一点从国际性学术会议的举办上也可以看出。1999 年首届多孔金属与金属泡沫技术国际会议（METFOAM）在德国柏林召开，到现今已经举办了5 届，参加的国家、团体和人数逐年增加，新的研究课题不断涌现，新材料、新工艺、新理论层出不穷。2000 年首届国际超轻多孔材料与结构研讨会在剑桥大学召开；2004 年在西安召开国内首届超轻多孔金属研讨会。还有，2008 年国家批准在西安筹建企业国家重点实验室———金属多孔材料国家重点实验室，这是国内唯一的有关多孔材料方面的国家重点实验室。 2 二、金属多孔材料研究的广泛性、称谓的多样性 属于金属材质的多孔材料称为金属多孔材料，这是一个较为广义的概念。金属多孔材料应用非常广泛，涉及化工、车辆交通、机械、食品、医药、能源、环保、过滤与分离等领域，其制备工艺同粉末冶金、凝固、铸造和机械加工有关，与此同时，涉及的学科有材料学、机械设计、生物学、力学、热学、电磁学等。因此，来自不同学科、专业和研究领域的科研人员对金属多孔材料做了大量工作，包括材料设计、制备、性能和应用等等方面的研究。研究的对象就是“孔”，孔的设计，孔的状态，孔的获得，孔的表征，外界热场、磁场、力场、电场、声场作用下孔的行为，外界气态、固态、液体物质作用下孔的变化等等。不同领域和专业的科研人员对于其所研究的金属多孔材料的称谓呈现多样性。例如，从事机械铸造和金属凝固领域的研究者一般称“泡沫金属”、“金属泡沫”、“金属海绵”等较多；从事粉末冶金和金属纤维冶金方面的研究人员一般称为“烧结金属多孔材料”、“粉末冶金多孔材料”、“多孔金属”、“金属过滤材料”等等。这些称谓从一定程度上反映了金属材质多孔材料制备工艺的多样性，也反映了孔结构的复杂性。 三、金属多孔材料分类的灵活性 金属多孔材料属多孔材料大家庭中的重要一员，由于其制备方法各种各样，孔隙的形状、大小及排列方式千姿百态，涉及的材料种类繁多，因而可从不同的角度对金属多孔材料进行分类。根据孔隙的形状、结构不同可分为蜂窝状、泡沫状、格栅状、藕状、球形孔、不规则孔等；根据孔隙的大小可以分成大孔材料（或宏观孔材料）、微孔材料、介孔材料和纳米孔径多孔材料等；根据孔隙度__（孔率）的大小可以分成中低孔隙度材料和高孔隙度材料；根据孔隙的连通状况可以分为开孔和闭孔多孔材料；根据孔胞体的排列是否有序可以分为有序孔结构和无序孔结构多孔材料；根据用途不同可分为功能性和结构性等等。上述分类方法也是所有多孔材料的共性。对于金属多孔材料，大部分的文献均从制备方法和工艺方面进行分类，主要有熔体发泡的泡沫金属、粉末致密化发泡的泡沫金属夹芯结构、烧结金属多孔材料、电沉积泡沫金属、气相沉积多孔金属、机械加工（包括焊接）的点阵格子材料（点阵材料）、金属橡胶等。各种类别的金属多孔材料还可以再分，还有相互交叉的情况。例如，烧结金属多孔材料包括烧结金属粉末、烧结金属纤维和烧结金属复合丝网多孔材料等，这些材料均是无序的开孔结构，都属于功能性多孔材料；泡沫金属有开孔和闭孔两种，有GASAR 法制备的藕状有序孔结构， 有电沉积法制备的高孔隙度通孔结构。由此可见，金属多孔材料的孔结构特征和制备工艺相互关联，并且在一定程度上确定了其功能特性和应用领域。 3 四、金属多孔材料研究的广泛性、称谓的多样性 属于金属材质的多孔材料称为金属多孔材料，这是一个较为广义的概念。金属多孔材料应用非常广泛，涉及化工、车辆交通、机械、食品、医药、能源、环保、过滤与分离等领域，其制备工艺同粉末冶金、凝固、铸造和机械加工有关，与此同时，涉及的学科有材料学、机械设计、生物学、力学、热学、电磁学等。因此，来自不同学科、专业和研究领域的科研人员对金属多孔材料做了大量工作，包括材料设计、制备、性能和应用等等方面的研究。研究的对象就是“孔”，孔的设计，孔的状态，孔的获得，孔的表征，外界热场、磁场、力场、电场、声场作用下孔的行为，外界气态、固态、液体物质作用下孔的变化等等。不同领域和专业的科研人员对于其所研究的金属多孔材料的称谓呈现多样性。例如，从事机械铸造和金属凝固领域的研究者一般称“泡沫金属”、“金属泡沫”、“金属海绵”等较多；从事粉末冶金和金属纤维冶金方面的研究人员一般称为“烧结金属多孔材料”、“粉末冶金多孔材料”、“多孔金属”、“金属过滤材料”；从事机械加工和材料力学领域研究的科研工作者称“桁架结构”、“轻质点阵材料”、“泡沫夹芯结构”、“格栅材料”等等。这些称谓从一定程度上反映了金属材质多孔材料制备工艺的多样性，也反映了孔结构的复杂性。 五、金属多孔材料分类的灵活性 金属多孔材料属多孔材料大家庭中的重要一员，由于其制备方法各种各样，孔隙的形状、大小及排列方式千姿百态，涉及的材料种类繁多，因而可从不同的角度对金属多孔材料进行分类。根据孔隙的形状、结构不同可分为蜂窝状、泡沫状、格栅状、藕状、球形孔、不规则孔等；根据孔隙的大小可以分成大孔材料（或宏观孔材料）、微孔材料、介孔材料和纳米孔径多孔材料等；根据孔隙度（孔率）的大小可以分成中低孔隙度材料和高孔隙度材料；根据孔隙的连通状况可以分为开孔和闭孔多孔材料；根据孔胞体的排列是否有序可以分为有序孔结构和无序孔结构多孔材料；根据用途不同可分为功能性和结构性等等。上述分类方法也是所有多孔材料的共性。对于金属多孔材料，大部分的文献均从制备方法和工艺方面进行分类，主要有熔体发泡的泡沫金属、粉末致密化发泡的泡沫金属夹芯结构、烧结金属多孔材料、电沉积泡沫金属、气相沉积多孔金属、机械加工（包括焊接）的点阵格子材料（点阵材料）、金属橡胶等。各种类别的金属多孔材料还可以再分，还有相互交叉的情况。例如，烧结金属多孔材料包括烧结金属粉末、烧结金属纤维和烧结金属复合丝网多孔材料等，这些材料均是无序的开孔结构，都属于功能性多孔材料；泡沫金属有开孔和闭孔两种，有GASAR法制备的藕状有序孔结构，有电沉积法制备的高孔隙度通孔结构。由此可见，金属多孔材料的孔结构特征和制备工艺相互关联，并且在一定程度上确定了其功能特性和应用领域。 4 六、回归本性是金属多孔材料研究的新起点 金属多孔材料既具有金属的固有特性，如导电、导热、可塑性、可焊性等，又由于孔径与孔径分布、孔隙度可任意控制而具有一系列功能特性，如高渗透性、高比表面积、能量吸收、毛细现象、阻火与隔热等，在工业上广泛用于过滤与分离、流体分布、消音、抗震、表面燃烧、阻火、热交换、热管、催化剂载体、离化、自润滑、发汗及生物植入体等。传统上将能量吸收材料、阻尼减振材料、降噪(隔声、吸声、消声)材料、隔热材料、散热材料、电磁屏蔽材料视为不同的功能材料，但这一类别材料性能的物理本质为各种物理场在多孔介质中的衰减行为， 因而各种功能材料又是互相渗透的。对于通孔的金属多孔材料，在强迫对流条件下表现出散热性能，反之它就是一种隔热材料，当用作消声材料时又具有能量吸收性能。因而作为各种功能材料使用时，各种功能是互相渗透而兼容的。然而，人们总是将结构材料与功能材料形而上学地视为二类互不相容的材料。其实，超轻型的多孔金属实际上是在结构材料中引入了各种受控的孔，并调节其基体金属，实现了结构材料轻质化、多功能化。金属多孔材料当用作结构材料时又具有功能性，而用作不同功能材料时又具有结构性，从而反映了结构材料与功能材料互相渗透的趋势。 总结： 多孔金属材料是近十几年来发展起来的新型材料, 它具有结构材料和功能材料的特性,是许多普通金属所无法具备的,具有良好的开发前景和广阔的用途。可以预见,超轻多孔金属材料在高能耗装备, 例如,汽车、高速列车、航空航天器、轮船等的广泛使用, 不仅会大幅度降低对常规能源的依赖,同时也可以减少对环境造成的污染。同时,这类材料所独具的性能使得该类材料可广泛用于电子、通讯、环保、建筑、化学、生物等行业。 参考文献 [1]李芬芬、沈以赴.烧结法制备金属多孔材料[J].金属功能材料，2008，15(5). [2]谈萍、汤慧萍、王建永、廖际常.金属多孔材料制备技术研究进展[J].稀有金属材料与工程，2006 年S2 期.35 [3] 余兴泉,何德坪,陈锋.多孔金属材料制备方法[J].功能材料,1993,24(5):438-442. [4] 汤慧萍,张正德.金属多孔材料发展现状[J].稀有金属材料与工程,1997,26(1):1-6. [5] 邢凤群，崔洪，郭月萍，等.聚硫密封胶的性能特点及应用[J].粘接，2007，28（5）：53-55.