多孔材料

无机新材料

多

孔

材

料

学院：环境与化学工程学院

班级：应用化学01班

姓名：乔梦茹

学号：41004010120

多孔材料

应用化学01班乔梦茹41004010120

摘要：多孔材料可分为金属和非金属两大类,也可细分为多孔陶瓷材料、高分子多孔材料和多孔金属材料3 种不同的类型。多孔金属材料又称为泡沫金属,作为结构材料,它具有密度小、孔隙率高、比表面积大等特点;作为功能材料,它具有多孔、减振、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种性能。而且,多孔金属材料往往兼有结构材料和功能材料的双重作用,是一类性能优异的多用途材料。

关键词：多孔材料微孔材料制备应用

近年来 ,多孔金属材料已经在冶金、石油、化工、纺织、医药、酿造等国民经济部门以及国防军事等部门得到了广泛的应用。在材料科学研究中,永不改变的话题是探索新材料。人们注意到许多天然材料因其多孔的结构而具备优良的性能,因此,人们发展出了各种人造多孔材料。作为材料科学研究中较年轻的一员,多孔材料迅速成为近年来国际科学界关注的热点之一。

1、多孔材料的分类

多孔材料的重要特征是孔的种类和属性，具体包括孔道与窗口的大小尺寸和形状、孔道维数、孔道走向、孔壁组成等性质，可以按照不同标准来划分多孔材料的类型。国际纯粹和应用化学协会（IUPAC）以孔径尺寸为标准将多孔材料定义为三类：微孔材料、介孔材料、大孔材料。此外，多级孔材料（微孔-介孔、微孔-大孔、介孔-大孔）成为多孔材料研究的又一热点领域，是新一代材料的代表。

1、微孔材料：

微孔材料按照其结构和组成的特点可以分为沸石分子筛，类分子筛空旷骨架材料以及金属-有机骨架化合物（MOF）。

a)沸石分子筛

天然沸石是一类天然硅铝酸盐矿物，并且在灼烧时会产生气泡膨胀的类似沸腾的现象，因此将其定义为沸石。二十世纪四十年代，以Barrer R.M.为首的沸

石化学家成功模仿天然沸石的生成环境，在水热条件下加热碱和硅酸盐的水溶液，合成出来首批低硅铝比的沸石分子筛。此后，大批科研工作者采用高温水热合成技术对新型沸石分子筛进行了大规模，系统地挖掘。随着工业化的日渐成熟和不断发展，沸石分子筛的应用领域越来越广，尤其在石油加工和石化工业中地位显著。虽然许多种天然沸石被勘探出来，但是为了满足工业上大规模的需求，人工沸石分子筛的合成显得尤其重要。

b)类分子筛空旷骨架材料

1982年磷酸铝分子筛被发现，类分子筛空旷骨架化合物出现，极大丰富了微孔晶体材料的组成化学和结构化学。空旷骨架微孔材料化合物的结构类型迅速增加起来，骨架元素种类丰富，已经涉及到元素周期表上大部分主族元素和过渡金属元素。到目前为止，已有几百种类分子筛空旷骨架类型被报道，骨架元素组成丰富，主要有磷酸铝系列、磷酸盐系列、亚磷酸盐系列、硼酸盐系列、氧化锗或硅锗系列等。近几年，类分子筛空旷骨架材料的合成发展很快，从最初的水热合成法，发展到溶剂热合成法、离子液热法、微波法等等。但是，由于这类化合物的孔道通常被模板剂分子所占据，模板剂除去又极易引起骨架结构破坏，不能成为自由孔道，所以从严格意义上讲它们不属于微孔化合物，想要达到实际应用还有一段距离。

c)金属-有机骨架化合物（MOF）

近几年来，微孔材料的范畴被扩展到配位聚合物，称为是金属-有机骨架化合物，它们通常指有机配体与金属离子经自组装形成具有周期性网络结构的金属-有机骨架晶体材料。金属-有机骨架化合物作为一种新型功能性晶体材料不仅具有丰富的空间拓扑结构，而且在气体存储和分离、光、电、磁、手性拆分以及催化方面都拥有巨大的应用前景。这类材料结构通常非常空旷，这使它们在气体存储方面获得巨大优势，但一般情况下结构的空穴被大量有机溶剂分子所占据支撑，相对于分子筛材料非常不稳定。

2、介孔材料：

1992年，美国Mobil公司报道了首例有序介孔二氧化硅M41s系列材料的合成，开启了介孔材料研究的大门，被认为是分子筛发展史上又一新的里程碑。随后，通过调节表面活性剂的浓度，他们又得到了不同结构的有序介孔二氧化硅材

料，除了二维p6mm六方结构的MCM-41，还有Ia3d立方结构的MCM-48和层状介孔材料MCM-50，构成MCM系列介孔分子筛。介孔分子筛的诱人之处在于它具有许多优良特性：高比表面、高孔容；基于纳米尺度上高度有序的孔道、孔径单一分布，并且孔径尺寸可以在很宽范围内调节；具有不同的孔道形状、结构、孔壁组成；在催化、吸附、生物等方面有广泛应用前景。

3、大孔材料：

在发现了微孔和介孔材料之后，基于对多层次结构的更高追求，人们开始探索更大孔的材料的合成。当孔径增大到一定尺寸时，会出现许多独特的性质，比如当孔径达到光波长范围内，有序的大孔材料会出现意想不到的光学性质；在孔径可以调控的情况下，可以作为催化剂载体或药物载体，尤其是多级结构（介孔-大孔、微孔-大孔）有利于物质的扩散和传输。受仿生材料为模板的合成技术的启示，研究者们采用单分散胶体颗粒（如聚乙烯小球、SiO2微球、碳微球）作为超大模板，通过纳米级铸造合成法，合成出不同尺寸分布的均一有序的大孔材料。可见，大孔材料在实践工业生产中有很好的应用前景。

2、多孔材料的制备：

从20 世纪中叶开始,世界各国竞相投入到多孔金属材料的研究与开发之中,并相继提出了各种不同的制备工艺。多孔金属材料作为多孔材料的重要组成部分,在材料学领域具有不可取代的地位。根据制备过程中金属所处的状态可以将这些制备方法划分为以下几种: (1) 液相法, (2) 固相法, (3) 金属沉积法。

液相法

a ) 直接发泡法

(1) 直接吹气法发泡法

对于制备泡沫金属,直接吹气法是一种简便、快速且低耗能的金属发泡方法。该方法的工艺是首先向金属液中加入SiC、Al2O3等以提高金属液的粘度,然后使用特制的旋转喷头向熔体中吹入气体(如空气、氩气、氮气) 。

该方法主要应用于泡沫铝的生产中。用这种工艺来生产泡沫铝,首先应在熔融铝液中加入一种高熔点材料的细小颗粒,这种难熔颗粒在铝液中既可以增加铝液粘度,又可以在气体和金属的界面上形成一层表面活性剂,从而保证气体能稳定地滞留在铝液中,并在凝固过程中不会导致泡沫塌陷。

(2)金属氢化物分解发泡法

这种方法是在熔融的金属液中加入发泡剂(金属氢化物粉末) ,氢化物被加 ,并且发生体积膨胀,使得液体金属发泡,冷却后得到泡沫金属材

热后分解出H

料。在制备过程中,为了防止不均匀现象的发生,也可以加入固体Ca来增加粘度,以避免气泡逸出。

b)铸造法

渗流铸造法的原理是先把填料放于铸模之内,在其周围浇铸金属,然后把填料去除掉,得到泡沫金属材料。高压渗流法是将填料和调节性载体(均可燃) 按一定的比例混合均匀,把这种混合物在模子内压实,烘干后得到一定尺寸的预制块,将预制块放入高压渗流模内,加入熔融金属液,在一定的高压下,金属液体快速渗入预制块的孔隙之中,冷却后将可燃性预制块在一定温度下燃烧去除,就得到了三维网络状的金属泡沫金属。

C)溅射法

溅射法可以制备多孔金属(合金) 材料。该方法的原理是在反应器内维持可控的惰性气体压力,在等离子的作用下,通过电场的作用将金属沉积在基体上,与此同时,惰性气体的原子也一并沉积,升高温度,金属熔化时惰性气体发生膨胀形成一个个的空穴,冷却后即为泡沫金属。

固相法

a)粉末冶金法

该方法的原理是将金属粉末与造孔剂按一定的配比混合均匀后,在一定的压力下压制成具有一定致密度的预制品。将预制品在真空烧结炉中进行烧结,制得复合材料烧结坯,将烧结坯以一定方法去除造孔剂,最后制得了多孔金属材料。b）粉末发泡法

该方法的基本工艺是将金属或非金属粉末与发泡剂按一定的比例混合均匀,然后在一定的压力下压制成具有一定致密度的预制品。将预制品经过进一步加工,如轧制、模锻等,使之成为半成品[13] ,然后将半成品放入一定的钢模中加热,使得发泡剂分解放出气体发泡,最后得到多孔泡沫金属材料。

金属沉积法

金属沉积法就是采用化学的或物理的方法把欲得泡沫金属的金属物沉积在

易分解的有机物上,可分为电沉积和气相沉积两种。

a)电沉积法

电沉积是用电化学的方法实现制备,它主要由4个步骤组成:

(1)以泡沫有机物为基体,在酸性条件下用强氧化剂对有机物进行腐蚀,使其表面

变得易于被水润湿并产生微痕,常用的氧化剂为H

2Cr

、H

的混合物，

称为粗化。

(2)粗化后用PdCl

2溶液中的Pd

+对表面进行催化,称为活化。

(3)放入镀液进行化学镀,得到均匀地附着于与有机物表面导电的金属层,镀液中含有金属离子和还原剂,常见的镀层有Cu、Ni、Fe、Co、Ag、Au和Pd。

(4)最后将经过化学镀处理的有机物进行电镀得到所需要种类的金属和厚度。

b)气相沉积法

泡沫金属也可以由气态的金属或金属复合体来制得。固态的基体是必须的,因为它可以说明泡沫金属产生的几何学。以泡沫镍的制备为例,通过Ni+4CO→

Ni(CO)

4的反应。当加热到120℃以上时,Ni(CO)

分解为金属Ni和CO,在分解过程

中,Ni沉积在泡沫体表面上即为所要制备的产物。

3、多孔金属材料的应用

多孔金属材料作为结构材料的应用领域主要集中在汽车行业、船舶行业、铁路行业三大行业。而在这三大行业中,多孔金属材料主要扮演着能量吸收材料和减振材料的角色。此外,多孔金属材料在生物医学领域也有应用。

(1) 能量吸收材料

多孔金属材料可用作能量吸收材料,多孔金属的应力2应变曲线分为3个阶段:线弹性区、屈服平台区、致密化区。它的能量吸收能力主要取决于图2 中的屈服平台区,由图可以看出,应力2应变曲线存在较大的屈服平台区。能量吸收能力由应力应变曲线下方的面积决定,高而宽的屈服平台区可获得较大的吸能能力。因此泡沫金属是用于制造车辆碰撞能量吸收部件的理想材料。泡沫铝材作为能量吸收材料已广泛应用于汽车行业。

(2) 减振材料

多孔金属材料具有优良的抗冲击性能,因此它可作为减振材料。其抗冲击性能主要取决于线弹性区。线弹性区的面积越大,表示该材料的抗冲击性能越好,其减振

性越好。因此,多孔金属材料已被广泛应用于汽车行业中。超轻质泡沫镁是密度最低的轻质金属材料,并且具有很高的减振能力。此外,在发生碰撞时,泡沫镁合金能有效地吸收冲击能。

(3) 生物材料

因为多孔材料具有开放多孔状结构,允许新骨细胞组织在内生长及体液的传统。尤其是多孔材料的强度及杨氏模量可以通过对孔隙率的调整同自然骨相匹配。多孔钛对人体无害且具有优良的力学性能和生物相容性,已被用作植入骨用生物材料。多孔镁因具有生物降解及生物吸收特性也被列入植入骨用生物材料的行列。

由于多孔金属材料具有轻质、比表面积大等特点,又集结构材料和功能材料的特点于一身,所以多孔金属材料的应用范围很广。

参考文献：

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[5] 曹立宏,马颖. 多孔泡沫金属材料的性能及其应用.甘肃科技, 2006 , 22

(6) :119

浅谈多孔陶瓷

浅谈多孔陶瓷 08 化本黄振蕾080900029 摘要：随着控制材料的细孔结构水平的不断提高以及各种新材质高性能多孔陶瓷材料的不断出现，多孔陶瓷的应用领域与应用范围也在不断扩大，目前其应用已遍及环保、节能、化工、石油、冶炼、食品、制药、生物医学等多个科学领域，引起了全球材料学关键词：多孔陶瓷制备应用发展 0. 引言多孔陶瓷是一种经高温烧成、内部具有大量彼此相通, 并与材料表面也相贯通的孔道结构的陶瓷材料。多孔陶瓷的种类很多, 可以分为三类: 粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷[ 1]。多孔陶瓷由于均匀分布的微孔和孔洞、孔隙率较高、体积密度小, 还具有发达的比表面, 陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀、高的化学和尺寸稳定性, 使多孔材料可以在气体液体过滤、净化分离、化工催化载体、吸声减震、保温材料、生物殖入材料, 特种墙体材料和传感器材料等方面得到广泛的应用[ 2]。因此, 多孔陶瓷材料及其制备技术受到广泛关注。 1 多孔陶瓷材料的制备方法 1. 1 挤压成型法挤压是一种塑性变形工艺, 可分为热挤压和冷挤压。一般是在压力机上完成, 使工件产生塑性变形, 达到所需形状的一种工艺方法。其过程是将制备好的泥条通过一种预先设计好的具有蜂窝网格结构的模具挤出成形, 经过烧结后就可以得到典型的多孔陶瓷。目前, 我国已研制出并生产使用蜂窝陶瓷挤出成型模具达到了400孔/ 2. 54 cm X 2. 54 cm 的规格。美国与日本已研制出了600孔/ 2. 54 cm X 2. 54 cm、900孔/ 2.54 cm X 2. 54 cm 的高孔密度、超薄壁型蜂窝陶瓷。我国亦开始了600 孔/ 2. 54 cm X2. 54 cm 挤出成型模具的研究, 并取得了初步成功[ 3]。例如, 现在用于汽车尾气净化的蜂窝状陶瓷, 它是将制备好的泥条通过一种预先设计好的具有蜂窝网格结构的模具挤出成型, 经过烧结后得到典型的多孔陶瓷。其工艺流程为：原料合成+水+有机添加剂T混合练混T挤出成型T干燥T 烧成T制品。这种工艺的优点在于，可根据实际需要对孔形状和大小进行精确设计；缺点是不能成型复杂孔道结构和孔尺寸较小的材料, 同时对挤出物料的塑性有较高要求[ 4]。 1. 2 颗粒堆积成孔工艺法颗粒堆积工艺是在骨料中加入相同组分的微细颗粒，利用微细颗粒易于烧结的特点，在高温下液化，从而使骨料连接起来。骨料粒径越大，形成的多孔陶瓷平均孔径就越大，并呈线性关系。骨料颗粒尺寸越均匀，产生的气孔分布也越均匀，孔径分布也越小。另外，添加剂的含量和种类，以及烧成温度对微孔体的分布和孔径大小也有直接关系。如 Yang 等[ 5] 用Yb2O3作为助剂制备了多孔氮化硅陶瓷，通过加入Yb2O3后，使氮化硅微孔陶瓷孔的分布更加均匀，经烧结后使孔隙率达到很好的要求。另外，孔隙率可通过调整颗粒级配对孔结构进行控制，制品的孔隙率一般为20%~ 30% 。若在原料中加入碳粉、木屑、淀粉、塑料等成孔剂，高温下使其挥发可将整体孔隙率提高至75% 左右[ 6]。主要优点在于工艺简单，制备强度高；不足之处在于气孔率低。

超轻多孔金属材料在军事上的应用

超轻多孔金属材料在军事上的应用随着加工技术和材料制备的逐渐发展，使得超轻多孔金属出现了新的物理特性而产生一种新型材料。超轻多孔金属这种新型材料的具有良好的可塑性和可改造性，可以依据实际需要在新型材料生产前对材料的结构进行有目的性的设计和组合优化，这样超轻多孔金属的多功能的特性会更好的发挥作用。超轻金属的机械性能也很优良。文章通过对超轻金属多孔材料的发展与回顾，阐述了超轻多孔金属材料的特点与发展趋势，并对其在军事领域的应用做以研究。标签：超轻；多孔材料；泡沫金属；军事 1 超轻金属多孔材料的分类与性能相对于传统的材料，超轻金属多孔材料的结构千变万化，这种材料的孔隙率非常的高的且孔径的大小由毫米到微米甚至到纳米级。 1.1 超轻由于超轻金属多孔材料的孔隙率很高，这样导致超轻多孔材料的密度不如传统材料大，由于多孔材料的分子结构千变万化，因此材料的制备方法也是千变万化，但是超轻金属多孔材料的孔隙率会更大大致在90%-99%之间，这个数据我们可以看出在最小密度可以达到只占基体材料的1%，导致材料的本身很轻。 1.2 高强韧、耐撞击经过的大量的试验数据表明，超轻多孔金属材料是比较耐撞击和韧性很强的材料，在对这种材料的样本进行试验分析时，材料的承受压力时的应力变化和应变变化在塑性变性阶段几乎不变，在材料承受压力时将能量转化为热能最终以散热的形势耗散。此外超轻多孔金属材料具有很强的韧性，这样的特性可以防止材料存在裂纹和缺陷时出现材料的破坏，有利于对材料进行探伤检测和监控。 1.3 高比强、高比刚度在航空工业已得到广泛应用的蜂窝铝层合板壳（闭孔）有很好的机械性能，但其价格昂贵（蜂窝铝的国际市场价格～$4000/kg，是闭孔泡沫铝的100-1000倍），同时其性能有很强的方向性。人们发现制造成本相对低得多的点阵材料的比刚度几乎可与蜂窝材料相媲美（见图1），而其比强度甚至更高。图1 各种最轻重量结构的比较 1.4 高效散热、隔热超轻多孔金属材料还具有散热、隔热的特殊性能，这种材料是热的良导体，

超轻多孔材料和结构创新构型的多功能化基础研究

项目名称：超轻多孔材料和结构创新构型的多功能化基础研究首席科学家：卢天健西安交通大学起止年限： 2006.1至2010.12 依托部门：教育部

一、研究内容本项目目标是与重大应用背景相结合（主要包括超轻多孔金属在高能耗运载装备、航天、机械、建筑、微电子散热部件中等的应用），从材料学、力学、计算数学、热学、电磁学、声学等学科交叉融合的角度，采用由微细观逐渐进入宏观领域的研究思路，建立超轻多孔金属材料和结构制备机理及性能表征的理论和技术体系；针对有代表性和重大应用背景的多孔金属结构，通过对多孔材料微结构和组织的优化设计，达到特定结构性能要求，实现从材料性能到结构性能一体化设计。本项目拟解决的关键科学问题和主要研究内容包括： 1高孔隙率多孔金属材料的制备机理研究及流变制备过程精确仿真和实现超轻多孔金属尤其是无序多孔金属制备中的关键科学问题包括材料多孔化的机理，金属熔体在多孔介质中的渗流过程，不同材质、不同性能的金属纤维与致密金属界面的形成机理，纳米模板技术制备介孔材料的合成机理，有序多孔金属结构自由成型方法及其制造过程的仿真，材料传输与成型条件可控制性及仿真，以及小尺寸下的塑性成形、质量迁移等复杂流固耦合、流变制备过程等。而流变过程除涉及材料非线性外，还涉及到几何流形和边界接触双重非线性大变形等基础科学问题。主要研究内容：（1）以汽车为应用对象的高比强度新型多组元泡沫铝合金的基础制备理论,以载人航天为应用对象的一致性控制孔隙率结构泡沫纯铝的基础制备理论及工艺优化方法，主要包括：熔体泡沫化制备过程中球形孔、多边形孔、泡沫形成规律及演变规律，TiH2热分解动力学与熔体泡沫化过程关系，凝固过程中与两相组分有关导热率的变化规律等；（2）泡沫铝合金异型件的制备理论，主要包括：泡沫生长规律、泡沫长大后的排液规律以及泡沫稳定性机理等；（3）通孔多样化泡沫金属制备理论的发展和创新，主要包括：金属熔体在多孔介质中的渗流过程、石膏型的强度与可溶性的协调、海绵骨架的加粗，梯度泡沫金属的制备手段等；（4）有序微结构多孔金属的可控性制造理论，主要包括：金属成形制造过程的热循环和材料组织转变过程规律，成形过程参数与显微组织相变、变形等关系，材料微观组织动态演化的精确仿真等；（5）创新构型金属纤维超薄层合结构制备的基础理论，主要包括：异材连接的界面物理化学过程及其界面微观结构、从微观到宏观的结构和形态的控制等；（6）多功能介孔材料制备的基础理论，主要包括：模板剂的种类及其用量、原料中杂质离子的浓度，原料的种类及用量，后处理等制备条件对材料介孔结构的影响等。 2 超轻多孔材料的力学、热学、声学、电磁学等性能表征理论体系根据不同应用需求，超轻多孔材料的孔径有纳米、微米、毫米量级三大类，与其作为结构部件的最小几何特征尺寸常常相差不远。在此应用范围内，已有研究表明它们的材料性能具有显著的尺度效应，而基于连续介质假设下的力学、热学、声学、电磁学等传统理论并不能解释这种效应，具有明显的局限性。建立一种能准确表征超轻多孔材料与尺度相关的力学、热学、声学、电磁学等宏观性能的新理论体系以及如何在该理论框架下定量、可靠、系统地分析材料宏观性能与微结构之间的依赖关系是当前力学、材料学、物理学等学科的前沿科学问题。主要研究内容：

实验一多孔陶瓷的制备

实验一多孔陶瓷的制备一、实验目的 1. 了解多孔陶瓷的用途 2. 掌握多孔陶瓷的制备方法 3. 了解多孔陶瓷的制备工艺二、实验原理多孔陶瓷是一种新型陶瓷材料，也可称为气孔功能陶瓷，它是一种利用物理表面的新型材料。多孔陶瓷具有如下特点：巨大的气孔率、巨大的气孔表面积；可调节的气孔形状、气孔孔径及其分布；气孔在三维空间的分布、连通可调；具有其它陶瓷基体的性能，并具有一般陶瓷所没有的主要利用与其巨大的比表面积相匹配的优良热、电、磁、光、化学等功能。实际上，很早以前人们就使用多孔陶瓷材料，例如，人们使用活性碳吸附水份、吸附有毒气体，用硅胶来做干燥剂，利用泡沫陶瓷来做隔热耐火材料等。现在，多孔陶瓷，尤其是新型多孔陶瓷的应用范围广多了。 1. 多孔陶瓷的种类多孔陶瓷的种类很多，按所用的骨料可以分为以下六种：按孔径分为以下三种情况： 2. 多孔陶瓷的制备：陶瓷产品中的孔包括：（1）封闭气孔：与外部不相连通的气孔（2）开口气孔：与外部相连通的气孔下面介绍多孔陶瓷中孔的制备方法和制备技术 2.1孔的形成方法：

（1）添加造成孔剂工艺：陶瓷粗粒粘结、堆积可形成多孔结构，颗粒靠粘结剂或自身粘合成型。这种多孔材料的气孔率一般较低，20～30%左右，为了提高气孔率，可在原料中加入成孔剂(porous former)，即能在坯体内占有一定体积，烧成、加工后又能够除去，使其占据的体积成为气孔的物质。如碳粒、碳粉、纤维、木屑等烧成时可以烧去的物质。也有用难熔化易溶解的无机盐类作为成孔剂，它们能在烧结后的溶剂侵蚀作用下除去。此外,可以通过粉体粒度配比和成孔剂等控制孔径及其它性能。这样制得的多孔陶瓷气孔率可达75%左右，孔径可在μｍ—ｍｍ之间。虽然在普通的陶瓷工艺中，采用调整烧结温度和时间的方法，可以控制烧结制品的气孔率和强度，但对于多孔陶瓷，烧结温度太高会使部分气孔封闭或消失，烧结温度太低，则制品的强度低，无法兼顾气孔率和强度，而采用添加成孔剂的方法则可以避免这种缺点，使烧结制品既具有高的气孔率，又具有很好的强度。（2）有机泡沫浸渍工艺：有机泡沫浸渍法是用有机泡沫浸渍陶瓷浆料，干燥后烧掉有机泡沫，获得多孔陶瓷的一种方法。该法适于制备高气孔率、开口气孔的多孔陶瓷。这种方法制备的泡沫陶瓷是目前最主要的多孔陶瓷之一。（3）发泡工艺：可以在制备好的料浆中加入发泡剂，如碳酸盐和酸等，发泡剂通过化学反应等能够产生大量细小气泡，烧结时通过在熔融体内产生放气反应能得到多孔结构，这种发泡气体率可达95%以上。与泡沫浸渍工艺相比，更容易控制制品的形状、成分和密度，并且可制备各种孔径大小和形状的多孔陶瓷，特别适于生产闭气孔的陶瓷制品，多年来一直引起研究者的浓厚兴趣。（4）溶胶-凝胶工艺：主要利用凝胶化过程中胶体粒子的堆积以及凝胶(热等)处理过程中留下小气孔，形成可控多孔结构。这种方法大多数产生纳米级气孔，属于中孔或微孔范围内，这是前述方法难以做到的，实际上这是现在最受科学家重视的一个领域。溶胶-凝胶法主要用来制备微孔陶瓷材料，特别是微孔陶瓷薄膜。（5）利用纤维制得多孔结构：主要利用纤维的纺织特性与纤细形态等形成气孔，形成的气孔包括：a 有序编织、排列形成的；b 无序堆积或填充形成的。通常将纤维随意堆放，由于纤维的弹性和细长结构，会互相架桥形成气孔率很高的三维网络结构，将纤维填充在一定形状的模具内，可形成相对均匀，具有一定形状的气孔结构,施以粘结剂，高温烧结固化就得到了气孔率很高的多孔陶瓷，这种孔较大的多孔陶瓷的气孔率可达80%以上；在有序纺织制备方法中，有一种是将纤维织布(或成纸),，再将布(或纸)折叠成多孔结构，常用来制备“哈尔克尔”，这种多孔陶瓷通常孔径较大，结构类似于前面提到的以挤压成型的蜂窝陶瓷；另外是三维编织，这种三维编织为制备气孔率、孔径、气孔排列、形状高度可控的多孔陶瓷提供了可能。（6）腐蚀法产生微孔、中孔：例如对石纤维的活化处理，许多无机非金属半透膜也曾以这种方法制备。（7）利用分子键构成气孔：如分子筛，这是微孔材料也是中孔材料。象沸石、柱状磷酸锌等是这类材料。

阻隔性包装材料发展现状

阻隔性包装材料发展现状中国包装网6月30日讯　塑料包装材料常因内容物不同而被要求具有阻气、防潮、保香、防止油脂渗透等多种功能；作为薄膜材料通常还要求具有热封性。单一品种的塑料材料常常无法满足这一要求，因此，复合塑料材料在包装领域广泛使用，特别是在薄膜制品方面。选用不同的阻隔性包装材料可以满足不同的使用要求。常用阻隔性包装材料的种类相对于PP、PE、PVC等通用热塑性塑料材料而言，PET和PEN、尼龙、PVDC、PC和EVOH等材料，因阻隔性优良而被称为阻隔性塑料材料。阻隔材料可以作为夹层薄膜与其他材料复合构成复合材料，也可作为涂层涂覆于其他材料上使用。其中PET、尼龙的使用量较大，PVDC近年来发展较快，PC主要用于制作中空容器；而EVOH因为只有几家公司可以生产，产量不高，价格昂贵，应用尚未普及。主要阻隔性包装材料的发展情况 PET和PEN 聚酯是以PET为代表的热塑性饱和聚酯的总称，包括PBT、PEN、PCT及其共聚物等，是用量最大、应用最广泛的阻隔性材料。其中，PET是开发最早、产量最大、应用最广的聚酯产品。在包装领域主要用于制造薄膜和中空容器。近几年中国碳酸软饮料、纯水、果汁等饮料以20%以上的速度增长，因此饮料包装用聚酯瓶的需求也以两位数增长。同时，瓶级聚酯在化妆品、医药等领域的需求也在不断增加。 PET具有较高的特性粘度、较低的乙醛含量、较好的结晶性、耐热性、耐气候性和尺寸稳定性等特性，制品透明度高、光泽性好，具有优良的阻气、阻油和保香性能。刚性强而且有韧性，抗拉强度是PE的5-10、PA 的3倍。PET材料的化学稳定性好，耐烯酸和堿及普通的有机溶剂。卫生安全性好，符合食品包装的要求。由PET制成的未定向透明薄膜、收缩膜，结晶型定向拉伸膜等，因其良好的强度、透明性、耐油性和保香性而被广泛用于禽肉类包装，并且逐渐应用于医药、日化用品等非食品包装的材料领域。但它的热封性差，必须与其他薄膜（热封层）复合使用，且价格较通用塑料薄膜高。 PET也可由非晶态瓶坯得到高强度、高透明的拉伸吹塑瓶，还可以直接挤出或吹塑成非拉伸中空容器。PET中空容器尤其是拉伸吹塑瓶，充分发挥了PET的性能，对内容物有良好的展示效果，且成本较低。不过，相对于PET来说，阻隔性能更好的PEN正愈来愈受人注目。PEN的分子结构与PET相似，只是以荼环代替了苯环，因此PEN比PET 具有更优异的阻隔性，特别是阻气性和防紫外线性，耐热性好（普通非晶态PEN热变形温度达100，而PET仅为70）。此外，与PET相比，PEN具有更佳的耐化学品性能、机械强度和耐磨刮性。用PEN制作的塑料瓶可以像玻璃瓶一样用热堿液洗涤回收，并

金属多孔材料的制备及应用_于永亮

金属多孔材料的制备及应用于永亮，张德金，袁勇，刘增林 (粉末冶金有限公司) 摘要:在归纳分析目前国内外各种制备多孔材料新技术的基础上，阐述了多孔材料在过滤、电极材料、催化载体、消音材料、生物和装饰材料方面应用及未来发展前景。关键词:多孔材料功能结构制备方法金属加工 0前言多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。由于多孔材料具有相对密度低、比强度高、比表面积大、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点，其应用范围远远超过单一功能的材料。近年来金属多孔材料的开发和应用日益受到人们的关注。目前，金属多孔材料已经在冶金、石油、化工、纺织、医药、酿造等国民经济部门以及国防军事等部门得到了广泛的应用。从20世纪中叶开始，世界科技较发达国家竞相投入到多孔金属材料的研究与开发之中，并相继研发了各种不同的制备工艺。 1金属多孔材料的制备工艺 1.1粉末冶金(PM)法［1］该方法的原理是将一种或多种金属粉末按一定的配比混合均匀后，在一定的压力下压制成粉末压坯。将成形坯在烧结炉中进行烧结，制得具有一定孔隙度的多孔金属材料。或不经过成形压制，直接将粉末松装于模具内进行无压烧结，即粉末松装烧结法。 1.2纤维烧结法［2］纤维烧结法与粉末冶金法基本类似。用金属纤维代替金属粉末颗粒，选取一定几何分布的金属纤维混合均匀，分布成纤维毡，随后在惰性气氛或还原性气氛保护的条件下烧结制备金属纤维材料。该法制备的金属多孔材料孔隙度可在很大范围内调整。作者简介:于永亮(1981－)，男，2006年7月毕业于中南大学粉末冶金专业。现为莱钢粉末冶金有限公司技术科助理工程师，主要从事生产技术及质量管理工作。1.3发泡法［3］ 1)直接吹气法。对于制备泡沫金属，直接吹气法是一种简便、快速且低耗能的方法。 2)金属氢化物分解发泡法。这种方法是在熔融的金属液中加入发泡剂(金属氢化物粉末)，氢化物被加热后分解出H2，并且发生体积膨胀，使得液体金属发泡，冷却后得到泡沫金属材料。 3)粉末发泡法。该方法的基本工艺是将金属与发泡剂按一定的比例混合均匀，然后在一定的压力下压制成形。将成形坯经过进一步加工，如轧制、模锻等，使之成为半成品，然后将半成品放入一定的钢模中加热，使得发泡剂分解放出气体发泡，最后得到多孔泡沫金属材料。 1.4自蔓延合成法［4］自蔓延高温合成法是一种利用原材料组分之间化学反应的强烈放热，在维持自身反应继续进行的同时产生大量孔隙的材料合成方法。该方法放热反应可迅速扩展(即自蔓延)，在极短时间内即可完成全部燃烧反应。同时因为反应时的温度高，故容易得到高纯度材料。这种方法主要是依靠反应过程中产生的液体和气体的运动而得到多孔结构，因此其孔隙大多是相互连通的，采用这种方法制备的多孔材料孔隙度可达到60%以上。然而，由于在自蔓延高温合成过程中，其热量释放和反应过程过于剧烈，容易导致材料的变形和开裂，同时不利于材料的孔结构控制和近净成形。 1.5铸造法［5］ 1)熔模铸造法。熔模铸造法是先将已经发泡的塑料填入一定几何形状的容器内，在其周围倒入液态耐火材料，在耐火材料硬化后，升温加热使发泡塑料气化，此时模具就具有原发泡塑料的形状，将液态金属浇注到模具内，在冷却后把耐火材料与 36 莱钢科技2011年6月

多孔陶瓷材料的应用及发展方向

多孔陶瓷材料的应用及发展方向摘要：介绍新型材料多孔陶瓷的特性和在诸多领域的应用，以及未来多孔陶瓷的发展方向。关键词：多孔陶瓷；应用；发展方向引言在全球经济发展的浪潮中，环境与资源是人类遇到的两大难题，人们对节省资源、保护环境的要求越来越高。多孔陶瓷正是适应了这种形势发展需求的新材料，它能够提高效率、节约能源，尤其在环境保护方面发挥着越来越大的作用。多孔陶瓷在各行各业的应用已经越来越普遍地体现出了这两大方面的意义。可以预计，多孔陶瓷将成为非常有活力、有发展前途的新的经济增长点。多孔陶瓷是一种经高温烧成、内部具有大量彼此相通并与材料表面也相贯通的孔道结构的陶瓷材料。多孔陶瓷的种类很多，目前研制及生产的所有陶瓷材料几乎均可以通过适当的工艺制成多孔体。多孔陶瓷材料一般具有以下特性：化学稳定性好，通过材质的选择和工艺的控制，可制成使用于各种腐蚀环境的多孔陶瓷；具有良好的机械强度和刚度，在气压、液压或其他应力载荷下，多孔陶瓷的孔道形状和尺寸不会发生变化；耐热性好，用耐高温陶瓷制成的多孔陶瓷可过滤熔融钢水和高温气体；具有高度开口、内连的气孔；几何表面积与体积比高；孔道分布较均匀，气孔尺寸可控，在0.05~600μm范围内可以制出所选定孔道尺寸的多孔陶瓷制品。多孔陶瓷的应用 1

、金属铸造多孔陶瓷在铸造业中的一个非常重要应用就是用作熔融金属过滤器。陶瓷过滤器净化金属液的机理除了机械和反应过滤外，更重要的是对金属液起“整流”作用，这种作用使得金属液渣包被破坏，同时延长渣上浮时间，从而达到净化金属液的作用。自从 60 年代中期多孔陶瓷过滤器首次用于处理铝合金以来，陶瓷材料的发展及浇铸操作技术的提高已使它们的应用扩大到包括熔模精密铸造、钢铸造工业及工业铸件等方面，即提高它们的机械性能，降低铸件废品率，提高铸件工艺出品率，延长金属切削加工刀具寿命等。多孔陶瓷过滤器在钢的连铸中的应用使钢水的洁净度和产量得到提高，不仅降低了非金属夹杂物含量，而且有效地减少了水口堵塞。近年来，工业发达国家所有的铸件几乎全部采用多孔陶瓷型内过滤浇铸工艺，并把此项工艺作为生产优质铸件的关键技术。多孔陶瓷在铸造业中的另一个重要应用就是用于制备金属基—网状陶瓷复合材料，这种材料系用铸造方法在预制多孔陶瓷中浇入金属而成。由于这类材料比普通铸件具有较大的阻尼系数，它将为机械工程解决振动问题提供了一条新的途径。 2 、石油化工对于具有连通气孔的多孔陶瓷，当通过流体时，骨架对流体具有很好的接触、搅拌效果以及阻挡大颗粒的作用。这些特性使得多孔陶瓷在化工生产中具有重要应用，如除臭装置等用的催化剂载体、气体吸收塔、蒸馏塔的填料以及流化床中的过滤器等。利用多孔陶瓷向液体中吹入反应气体，用吹氧方法培养微生物等。利用多孔陶瓷制成的酸性溶液电解用隔膜，可以防止电极间生成的物质与电解液相混合，提高电解效率。 3 、核电工业

多孔金属材料的制备及应用_杨雪娟

多孔金属材料的制备及应用杨雪娟,刘　颖,李　梦,涂铭旌 (四川大学材料科学与工程学院,成都610065) 摘要根据制备过程中金属的状态,从液相法、固相法、金属沉积法三方面介绍了多孔金属材料的制备工艺。液态金属的发泡可以通过直接吹气法发泡法、金属氢化物分解发泡法来实现;固态金属可以通过粉末冶金法、粉末发泡法、金属空心球法和金属粉末纤维烧结法来实现;与前两种不同的是,金属沉积法是采用化学或物理的方法来实现的。最后,讨论了多孔金属材料在结构材料和功能材料两方面的应用。关键词多孔金属材料　制备工艺　应用　 Preparation and Application of the Porous Metal Material YANG Xuejuan,LIU Ying,LI M eng,TU M ingjing (Schoo l of M aterials Scie nce&Engineering,Sichuan U niver sity,Chengdu610065) A bstract I n this pape r,prepara tion and applicatio n of the po ro us metal ma te rials are intr oduced acco rding to the state of the metal in the process———so lid,liquid,gaseous o r ionized state.Liquid metal can be fo rmed directly by in-jecting g as o r gas-releasing blow ing ag ent.Solid metal can be for med by various methods,including metal pow de r slurry foaming,o r ex trusion and sintering o f polymer/pow der mixtures.Diffe rently,metal-depo sitio n can be realized by chemic or phy sical methods.Finally,the structural and functional applicatio ns of po ro us metal materials are presented a s well. Key words po rous metal material,preparation,applicatio n 　在材料科学研究中,永不改变的话题是探索新材料。人们注意到许多天然材料因其多孔的结构而具备优良的性能,因此,人们发展出了各种人造多孔材料。作为材料科学研究中较年轻的一员,多孔材料迅速成为近年来国际科学界关注的热点之一。多孔材料可分为金属和非金属两大类,也可细分为多孔陶瓷材料、高分子多孔材料和多孔金属材料3种不同的类型。多孔金属材料又称为泡沫金属,作为结构材料,它具有密度小、孔隙率高、比表面积大等特点;作为功能材料,它具有多孔、减振、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种性能。而且,多孔金属材料往往兼有结构材料和功能材料的双重作用,是一类性能优异的多用途材料。目前,多孔金属材料已经在冶金、石油、化工、纺织、医药、酿造等国民经济部门以及国防军事等部门得到了广泛的应用。多孔金属材料作为多孔材料的重要组成部分,在材料学领域具有不可取代的地位。从20世纪中叶开始,世界各国竞相投入到多孔金属材料的研究与开发之中,并相继提出了各种不同的制备工艺[1]。根据制备过程中金属所处的状态可以将这些制备方法划分为以下几种:(1)液相法,(2)气相法,(3)金属沉积法。 1　液相法 1.1　直接发泡法早在19世纪六七十年代,以直接发泡法制备多孔金属就已经获得了成功。相关实验主要集中在A l、M g、Zn等低熔点金属及其合金的闭孔金属材料的制备方面。经过研究者多年的实验和研究,直接发泡法制备多孔金属材料的工艺日渐成熟,目前已广泛应用于工业生产领域。直接发泡法包括两类不同的工艺: (1)直接吹气法发泡法;(2)金属氢化物分解发泡法。 (1)直接吹气法发泡法对于制备泡沫金属,直接吹气法是一种简便、快速且低耗能的金属发泡方法。该方法的工艺是首先向金属液中加入SiC、A l2O3等以提高金属液的粘度,然后使用特制的旋转喷头向熔体中吹入气体(如空气、氩气、氮气)[2]。该法制备泡沫金属的工艺流程如图1所示。图1　直接吹气法发泡法制备泡沫金属材料的流程图[4] Fig.1　Direct foaming of m elts with blowing agents[4] 该方法主要应用于泡沫铝的生产中。用这种工艺来生产泡沫铝,首先应在熔融铝液中加入一种高熔点材料的细小颗粒,这种难熔颗粒在铝液中既可以增加铝液粘度,又可以在气体和金属的界面上形成一层表面活性剂,从而保证气体能稳定地滞留在铝液中,并在凝固过程中不会导致泡沫塌陷。尽管有多种符合应用条件的难熔材料,但在实际生产中常选用碳化硅作为增加铝液粘度的增粘剂。在这一过程中,碳化硅可与铝液反应形成碳硅铝的合成物,并使铝液保持在相对较低的搅拌温度[3]。　杨雪娟:1983年生,硕士研究生　E-mail:ya ng xuejuan@tom.co m

材料阻隔性指标详解

材料阻隔性指标详解 1、材料的阻隔性任何物体都有一定的渗透性，差别仅是一些物体的渗透性比较高，另一些的渗透性比较低。高分子聚合物的可透性较低，用它对物品进行包装可有效阻隔环境中氧气、水蒸气等的渗入，并保持包装内的特定气体成分，显著提高物品的保质期。通常，在使用高分子聚合物或由它制得的相关材料包装物品时最关注材料对氧气、二氧化碳、氮气等常见气体的阻隔性以及对水蒸气的阻隔性，可用渗透性（Permeability）和透过量（Permeance）两项指标加以描述。其中渗透性表征的是一种材料的特性，不随材料厚度、面积等的变化而变化，而渗透物质的透过量只是一个制成品的性质，随材料厚度、结构等的变化而变化。 2、气体透过系数与气体透过量一般我们用气体对材料的渗透性（即气体透过系数）和气体透过量评价材料的阻隔性，但是由于常见无机气体对材料的渗透性能直接取决于材料对气体的溶解度（S）以及气体在材料中的扩散系数（D），所以在评价材料的阻隔性时应根据需要对材料的气体透过系数、气体透过量、溶解度、以及扩散系数进行综合评定。气体透过系数（P）是在恒定温度和单位压力差下，在稳定透过时，单位时间内透过试样单位厚度、单位面积的气体的体积，单位为：cm3·cm/cm2·s·Pa。气体透过量（Q）是在恒定温度和单位压力差下，在稳定透过时，单位时间内透过试样单位面积的气体的体积，单位为：cm3/m2·d·Pa。它们之间满足以下关系：其中d是材料的厚度。由于两者的单位不同，所以在计算时必须统一计算单位。例如，当材料气体透过系数的单位是cm3·cm/cm2·s·Pa而气体透过量的单位是cm3/m2·d·Pa时，仅是在计算过程中引入的测试时间单位就相差86400倍，面积单位又相差10000倍，所以在国标GB 1038中给出了1.1574×10-9这个系数用于单位的统一。目前，各标准中对材料的气体阻隔性的指标定义比较混乱，如气体透过率（Gas Transmission Rate，GTR）在ISO标准（ISO 2556，ISO 15105-1）中是稳定透过时在恒定温度、单位压差下单位时间内透过单位面积试样的气体体积（与国标GB 1038中气体透过量的含义相同），单位是cm3/m2·d·atm；然而在ASTM D1434中它是指在试验状态下单位时间内透过单位面积试样的气体量，单位是mL（STP）/m2·d。因此建议大家在比对数据时首先要看清数据单位，以确定它们各属于哪一项指标，然后将同项指标的所有比对数据换算成相同的单位再进行比较。在ASTM D1434中给出了几组单位换算表，表1只是其中之一，用于气体渗透性单位之间的换算。表1. 常用气体渗透性单位换算表 3、水蒸气透过系数与水蒸气透过量一般我们用材料的水蒸气渗透性（即水蒸气透过系数）和水蒸气透过量来评价材料的水蒸气阻隔性，也有使用水蒸气渗透量（Water Vapor Permeance）进行评价的，其中最常用的是材料的水蒸气透过量。水蒸气透过系数（PV）是在规定的温度、相对湿度环境中，单位时间内，单位水蒸气压差下，透过单位厚度、单位面积试样的水蒸气量，单位为：g·cm/cm2·s·Pa。水蒸气透过量（WVT，在ISO 2528、ASTM F1249等标准中也称为WVTR）是在规定的温度、相对湿度，一定的水蒸气压差和一定厚度的条件下，1m2的试样在24h内透过的水蒸气量。单位为：g/m2·24h。两者之间满足以下关系：其中d是试样的厚度，△p是试样两侧的水蒸气压差，可查湿空气水蒸气压力表获得。水蒸气渗透量（Water Vapor Permeance ，以下简称P）的概念在国标GB 1037中是没有的，但在ASTM的标准中有涉及，是在指定的温湿度条件下，试样两侧在单位水蒸气压差下，单位时间内透过单位面积试样的水蒸气量，单位是g/m2·s·Pa，所以而其中△p是试样两侧的水蒸气压差，而d是试样的厚度。材料的水蒸气阻隔性的各项指标定义清晰，常用单位比较集中，可以参照表2（摘自ASTM E96）进行换算。表2. 常用水蒸气各类阻隔性单位换算表

多孔金属材料

多孔金属材料总论所谓多孔金属材料即金属内部弥散分布着大量的有方向性的或随机的孔洞，这些孔洞的直径约2um～3mm之间。由于对孔洞的设计要求不同，孔洞可以是泡沫型的，藕状型的，蜂窝型的等等。多孔金属材料还可以根据其孔洞的形态可以分为独立孔洞型的和连续孔洞型的二大类。独立型的材料具有比重小，刚性、比强度好，吸振、吸音性能好等特点；连续型的材料除了具有上述特点之外，还具有浸透性、通气性好等特点。正因为多孔金属材料具有结构材料利功能材料的特点，所以被广泛应用于航空航天、交通运输、建筑工程、机械工程、电化学工程、环境保护工程等领域。图为多孔模具钢的金相组织(ESEM)。从图中可以看出，该材料内部随机分布着大量三维空间互通的孔洞。由于该模具钢的透气性好，所以，铸出的铸件表面轮廓清晰；其二，充型阻力减小，于是充型动力也可以减小；其三，模具的合模力可以减小；其四，模具的重量可以减轻，仅为原来模具的三分之二，节约了金属材料；其五，上述优点的综合，可以简化模具结构的设计和对注塑机、压铸机型号的选择。从多孔钢在模具上的应用实例可以看出，多孔金属材料的研制利应用具有省能源，省资源，有利于材料的循环利用l地球环境的保护，所以具有广阔的应用前景利深远的经济效益及社会效益。多孔金属材料的特性和用途 1.比重小，比强度大由于金属材料中存在火量的孔洞，所以材料的比重显著减小，如上述的多孔模具钢的比重经测试只有 5．0g／cm ，比无孔的该材料(比重7．6g／cm )减少34．2％。如果是铝合金或镁合金的多孔材料，它们的比重可以小于l，只要材料的外表是致密的，那么它们可以浮出水面。有人认为，金属材料内部分布大量的孔洞，那么其强度会大大削弱。一些文献指出，在材料的轻量化时，材料的形状因子是一个关键因素，形状因子包括了宏观形状因子和微观形状因子。在机械设计时经常不用圆棒而采用空心管，不用矩形截面而采工字型、兀字型等材料，所有这些都是改变宏观形状因子的措施。而将材料制备成多

多孔材料概述

多孔材料多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。典型的孔结构有：一种是由大量多边形孔在平面上聚集形成的二维结构；由于其形状类似于蜂房的六边形结构而被称为“蜂窝”材料；更为普遍的是由大量多面体形状的孔洞在空间聚集形成的三维结构, 通常称之为“泡沫”材料。如果构成孔洞的固体只存在于孔洞的边界(即孔洞之间是相通的)，则称为开孔；如果孔洞表面也是实心的，即每个孔洞与周围孔洞完全隔开，则称为闭孔；而有些孔洞则是半开孔半闭孔的。由于多孔材料具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点, 其应用范围远远超过单一功能的材料, 而在航空、航天、化工、建材、冶金、原子能、石化、机械、医药和环保等诸多领域具有广泛的应用前景。泡沫材料，简称多孔材料或泡沫材料。总之，目前没有一个统一、严格、公认的定义。多数学者将多孔材料和泡沫材料视为等同概念。多孔材料在自然界中普遍存在如木材、软木、海绵和珊瑚等(“cellulose”这个词就来源于意为“充满小孔的”拉丁小词“cellula”）。千百年来，这些天然的多孔材料被人们广泛利用。在多年前的古埃及金字塔中就已经使用了木制建材在罗马时代软木就被用作酒瓶的瓶塞。近代人们开始自己制造多孔材料，其中最简单的是由大量相似的棱形孔洞组成的蜂窝状材料，可用作轻质构件。更常见的是高分子泡沫材料，其用途广泛，可用于小到随处可见的咖啡杯，大到飞机坐舱的减震垫。现代技术的发展使得金属、陶瓷、玻璃等材料也能像聚合物那样发泡。这些新型泡沫材料正逐渐地被用作绝缘、缓冲、吸收冲击能量的材料，从而发挥了其由多孔结构决定的独特的综合性能。 .

多孔金属材料的应用

多孔泡沫金属材料的性能及其应用摘要:多孔泡沫金属是一种在金属基体中含有一定数量、一定尺寸孔径、一定孔隙率的孔洞的金属材料.由于其结构特殊,因此具备了多方面的特殊性能。作为结构材料,它具有轻质、高比强度的特点;作为功能材料,它具有多孔、减振、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种物理性能,因此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.本文对这种多孔泡沫金属材料的性能及其应用进行了较为全面的介绍。关键词:多孔泡沫金属;性能;应用 0多孔泡沫金属是近几十年发展起来的一种功能材料,对其概念或分类学术界不尽统一,但基本上有如下定义方式:多孔泡沫金属是一种金属基体中含有一定数量、一定尺寸孔径、一定孔隙率的金属材料.概括起来,主要有如下分类方式:(1)按孔径和孔隙率的大小分为两类:多孔金属和泡沫金属.孔径小于013mm,孔隙率在45%～90%的,称为多孔金属(porousmetal);而孔径在015～6mm,孔隙率大于90%的,称为泡沫金属(foammetal);(2)按孔的形状特征进行分类:具有通孔结构的称为多孔金属,具有闭孔结构的称为胞状金属(cellu2larmetal).但用得最多的是多孔金属和泡沫金属,且多数作者都将两者视为等同的概念.目前更为合适的名称为多孔泡沫金属(porousfoammetal)[1-3].多孔泡沫金属材料实际上是金属与气体的复合材料,正是由于这种特殊的结构,使之既有金属的特性又有气泡特性,综合表现为能量吸收性(如吸音、减震等)、渗透性、阻燃耐热性、轻质等,故一直被期望用于建筑材料、吸音材料、减震材料、过滤器材料、电池电极材料等方面.如果在气孔结构的工艺控制、短流程连续化工业生产等关键性技术方面取得突破,多孔泡沫金属材料将为金属材料及其它相关领域带来革命性进展1多孔泡沫金属材料的结构特点[4]泡沫金属的孔径一般较大,011～10mm或更大(一般粉末冶金金属孔径不大于0.3mm)。孔隙率较高,一般随其种类不同而不同,在40%～98%的范围内变化。直接发泡法制作的泡沫金属,孔隙率在40%～60%左右,而通孔的海绵态泡沫金属的孔隙率可高达98%。随孔隙率的提高,泡沫金属的密度降低,泡沫金属的密度低,一般只有同体积金属的1/10～3/5。它的比表面积则较大,为10～40cm2/cm3。例如孔隙率大于63%的泡沫铝合金,其密度可达1以下,能够浮于水面上. 2多孔泡沫金属的性能及其应用泡沫金属材料的性能主要取决于气孔在基体材料内的分布情况,包括气孔的类型、形状、大小、数量、均匀性、以及比表面积等.多孔泡沫金属材料自问世以来,作为结构材料,它具有轻质、高比强度的特点;作为功能材料,它具有多孔、减振、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种物理性能[5];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。 2.1渗透性能及应用渗透性是高孔隙率材料在过滤、液-液分离、噪声抑制等方面的关键性能。泡沫金属中闭孔的数目对渗透性的影响较大,只有那些具有通孔结构的泡沫材料才有渗透性能,另外,渗透性还与孔径大小、孔的表面光洁度、渗透物体的性质(如黏度、流速)、渗透压力等因素有关.因其多孔性可将其应用于化学过滤器(如滤掉液体、气体中的固体颗粒等)、供净化水使用的气化处理器、自动加油的含油轴承、带香味的装饰品等。通过对泡沫金属孔结构(如孔隙度、孔径大小、通孔度等)的调整,可以获得不同透过性能要求的泡沫金属材料。 2.2消声减震性能及应用[6-8]具有通孔结构的泡沫金属材料,当有声波或机械振动波进入时,孔内介质(一般为空气)在声波作用下产生周期性的震动而与孔壁摩擦形成摩擦热,孔内介质在声波作用下发生压缩─膨胀形变也使部分声能变为热能,这种能量转换是不可逆的,对消声起主导作用;另外,泡沫材料本身也可以因弹性震动而消耗一部分声能;又由于泡沫材料具有的特殊结构,使其具有改变声源特性的功效,可以使难以消除的中低频段噪声峰值移向高频段,这些特征均为采用常规手段进一步降低气流噪声提供了有利条件。与其它的消音材料

多孔金属材料的制备方法及应用研究

多孔金属材料的制备方法及应用研究本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！多孔金属材料是金属基体与孔隙共同组成的复合材料，也是一种新型的集结构和功能于一体的材料，因其具有独特的性质而备受广大科研工作者的热切关注. 它不仅比重低、强度高，而且具有消音、减振、耐热、渗透等诸多良好的性能，因而在化工、建筑、国防、医学、环保等领域有广泛的应用. 从多孔金属材料的性质考虑，多孔金属既承接了金属方面的性能，又具有多孔材料方面的性能. 作为金属材料，相比玻璃、陶瓷、塑料等非金属，它具有耐高温、良好的导电导热性、高强度，易加工成型的特点; 作为多孔材料，它比致密金属有诸多良好的性能，如轻质、比表面积大、吸能好等. 根据金属的状态和孔隙形成的来源，逐渐产生了许多制备多孔金属材料的工艺，有些在原有的工艺条件下进行了优化和创新，并取得了一定的成效. 1 多孔金属材料的制备方法从多孔金属材料的定义上讲，它是多孔和金属两个词的统一体，这给科研工作者提供了制备多孔金属

的着手点，从而衍生出一系列制备多孔金属的工艺，包括材料的选择、孔隙结构的来源、设备调整、工艺参数的确定等方面. 金属的状态可以分为液态、固态、气态和离子态，而气孔的产生通常是以直接和间接的方式，两者相结合从而产生了不同的制备工艺. 传统上可分为铸造法、金属烧结法、沉积法等. 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

多孔吸声材料的吸声原理及其分类

多孔吸声材料的吸声原理及其分类一、多孔材料的吸声原理惠更斯原理:声源的振动引起波动,波动的传播是由于介质中质点间的相互作用。在连续介质中,任何一点的振动,都将直接引起邻近质点的振动。声波在空气中的传播满足其原理。多孔吸声材料具有许多微小的间隙和连续的气泡,因而具有一定的通气性。当声波入射到多孔材料表面时,主要是两种机理引起声波的衰减:首先是由于声波产生的振动引起小孔或间隙内的空气运动,造成和孔壁的摩擦,紧靠孔壁和纤维表面的空气受孔壁的影响不易动起来,由于摩擦和粘滞力的作用,使相当一部分声能转化为热能,从而使声波衰减,反射声减弱达到吸声的目的;其次,小孔中的空气和孔壁与纤维之间的热交换引起的热损失,也使声能衰减。另外,高频声波可使空隙间空气质点的振动速度加快,空气与孔壁的热交换也加快。这就使多孔材料具有良好的高频吸声性能。二、多孔吸声材料的分类多孔吸声材料按其选材的柔顺程度分为柔顺性和非柔顺性材料,其中柔顺性吸声材料主要是通过骨架内部摩擦、空气摩擦和热交换来达到吸声的效果;非柔顺性材料主要靠空气的粘滞性来达到吸声的功能。多孔吸声材料按其选材的物理特性和外观主要分为有机纤维材料,无机纤维材料,吸声金属材料和泡沫材料四大类。 1 有机纤维材料早期使用的吸声材料主要为植物纤维制品,如棉麻纤维、毛毡、甘蔗纤维板、木质纤维板、水泥木丝板以及稻草板等有机天然纤维材料。有机合成纤维材料主要是化学纤维,如晴纶棉、涤纶棉等。这些材料在中、高频范围内具有良好的吸声性能,但防火、防腐、防潮等性能较差。除此之外,文献还对纺织类纤维超高频声波的吸声性能进行了研究,证实在超高频声波场中,这种纤维材料基本上没有任何吸声作用。 2 无机纤维材料无机纤维材料不断问世,如玻璃棉、矿渣棉和岩棉等。这类材料不仅具有良好的吸声性能,而且具有质轻、不燃、不腐、不易老化、价格低廉等特性,从而替代了天然纤维的吸声材料,在声学工程中获得广泛的应用。但无机纤维吸声材料存在性脆易断、受潮后吸声性能急剧下降、质地松软需外加复杂的保护材料等缺点。 3 金属吸声材料金属吸声材料是一种新型实用工程材料,于七十年代后期出现于发达工业国家。如今比较典型的金属材料是铝纤维吸声板和变截面金属纤维材料。其中铝纤维吸声板具有如下特点: (1) 超薄轻质,吸声性能优异。