多孔材料家族的一颗明珠

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1、F9905103吕静多孔材料家族的一颗明珠——泡沫材料的制备技术近年来，随着现代科学技术特别是纳米技术的迅速发展，微观有序的材料以其种种特异的性能引起了人们的重视，许多研究人员投入这一领域。在各种各样的有序材料当中，三维长程有序的多孔性材料取得了很大进展。人们很早就认识了多孔性材料。长期以来，人们一直利用其质轻、多孔的特点将其用作结构材料、载体材料、吸附材料和阻隔材料等等。多孔材料大致上可分为三类：大孔材料(macroporousmaterial)平均孔径在50nm以上、介孔材料(mesoporousmaterial)

2、平均孔径在2—50nm之间、微孔材料(microporousmaterial)平均孔径在2nm以下（这类材料在新兴的光于晶体、光电开关等光电子器件的制造领域可望发挥很大的作用）。在多孔材料的家族中，金属多孔材料作为极其重要的一员，是一种具有渗透性好，孔隙和孔径可控，形状稳定，耐高温，抗热震，能再生，可加工等特殊性能的功能材料。它的基本性能有孔径，孔隙度，透过性能，力学性能等金属多孔材料广泛应用于航空，航天，原子能，石化，冶金，机械，医药，环保等行业的过滤，分离，消音，布气，催化，热交换等工艺中。近年来，各领域对金属多孔

3、材料的需求大大促进了其发展。一.多孔材料的种类多孔金届材料目前可分为粉末烧结多孔材料、金届纤维毡、复合金属丝网材料及泡沫金届材料。图1为这几种材料的主要孔径分布。1．1粉末烧结多孔材料60年代，随着应用领域的拓宽和应用环境的更高要求，出现了Hastelloyl，Inconel、钛、不锈钢等抗腐蚀、耐高温的粉末烧结多孔材料和特殊用途的多孔钨、钽及难熔金属化合物多孔材料。到目前为止，大量生产与应用的粉末烧结多孔材料主要是青铜、不锈钢，镍及镍合金、钻等。1．2金属纤维毡金届纤维毡材料的孔隙度可达90％以上，全部为贯通孔，塑性

4、和冲击韧性好，容尘量大，用于许多过滤条件苛刻的行业，被称为“第二代多孔金届过滤材料”。1。3复台金属丝网材料复合金属丝网材料强度高、滤速大，易制成小直径长管元件。在发达国家，其制作工艺已相当成熟。目前，复合金属丝网的层数己从2层发展到了20多层，宽度达1200mm，精度从2Am到500vm，且网的种类繁多。1．4泡沫金属材料泡沫金属材料既具有一般多孔材料所具有的轻质等特性，又具有优良的机械性能和热、电等物理性能，并且比聚合泡沫更易于再生，扩大了多孔材料的应用范围。近年来，新工艺发展使得泡沫金属的质量大有好转，而且新材科

5、的应用条件也改变了很多，人们对泡沫金属尤其是泡沫铝台金的发展开始感兴趣。例如：在汽车工业里，由于安全和保护环境方面的日趋增加的需求，人们开始考虑利用泡沫金属。本文着重讲述泡沫金属的制造工艺和特性。二．泡沫金属的制备。2．1泡沫金属制备工艺及其发展泡沫金属的制备工艺从聚合泡沫的制备得到启发，并由于其独特的金属性能而得到更大的发展。泡沫金属根据其内部孔隙结构的不同可分为通孔和闭孔两种，其制备方法可归纳为：2．2闭孔泡涂金属的制各2．2．1熔体发泡法该法的原理是在金属液中加入发泡剂，使其受热产生分解，在溶液中形成气泡，然后冷

6、却凝固。其缺点是发泡过程难以控制，溶液中的发泡剂分解产生气泡，气泡逐渐上浮并在上浮过程中合并长大，引起制品中气泡分布不均匀且局部气泡尺寸过大。解决此问题的方法有：(1)高速搅拌，使发泡剂充分分布在金属液中；(2)增加溶体粘度，阻止气泡的上浮运动，进而提高发泡剂在熔体中的均匀分布。增加粘度的方法有非金属粒子分散法、加入合金元素法和熔液氧化法。熔液氧化法是向熔融金属液中映人空气、氧气或水蒸气并搅拌，使在短时间内生成氧化物，此方法效率较高，得到的粘度也大。目前最常用的方法是向熔液中加入合金元素，搅拌使熔体中生成大量细微的氧化

7、物固相质点，从而增加焙体粘度，此方法比熔液氧化法简单。熔体发泡法对发泡剂的一般要求是：发泡剂与熔液混合均匀前应尽可能少分解，在停止混合至开始凝固前的一定时间间隔内要充分分解并有足够的发气量。目前，国内外一般采用金属氢化物TiH2或ZrH2作为发泡剂。日本有采用火山灰作发泡剂制得泡沫金属的报道，其发气起始温度比T1H2低，且发气量比Ti比小，但价格较便宜。熔体发泡法制备泡沫金属的过程有：熔体增粘处理、泡沫化、均匀化和凝固过程。后三个过程同时进行，受许多工艺因素的影响，在实际操作中很难控制。其发展的方向是引入计算机模拟技术

8、，用以处理实物研究中难以解决的问题。2．2．2粉体发泡法粉体发泡法制备工艺如图2所示。首先混合一定比例的金属粉末和发泡剂粉末，压实得到密实的预制品，然后在基体金属的熔点附近进行热处理，使发泡剂分解，释放出的气体迫使压实的预制品膨胀成为泡沫金属。粉体发泡工艺的关镶是压实工艺的选择，可分为冷压和热压两种．冷压法要求有两次压缩过程来破坏