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1、多孔材料的应用及发展摘要:本文综合介绍了多孔金属材料的应用,目的在于促进该材料性能结构的进一步改善,并获得更好的应用前景。关键词:多孔金属;应用;介绍1引言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
2、)、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[1~7]。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
3、种性能优异的多用工程材料。本文以文献[1~7]为基础分别介绍该材料的不同用途。2过滤与分离多孔金属具有优良的渗透性,是适合于制备多种过滤器的理想材料。利用多孔金属的孔道对流体介质中固体粒子的阻留和捕集作用,将气体或液体进行过滤与分离,从而达到介质的净化或分离作用。多孔金属过滤器可用于从液体(如石油、汽油、致冷剂、聚合物熔体和悬浮液等)或空气和其它气流中滤掉固体颗粒。使用最广的金属过滤器材料是多孔青铜和多孔不锈钢。多孔金属材料用作分离媒介,如从水中分离出油、从冷冻剂中分离水。还可作充气液体或液体分布CO2等的扩散媒介。在生物化学领域,金属泡沫
4、用作肾器中渗透膜的支撑体。该原理也能扩展到那些取决于渗透或反向渗透作用的过程,如流出物处理中的脱盐和脱氢。日本住友电气工业公司在世界上首次开发出能容易净化柴油机废气的、并且实用而廉价的柴油机微粒过滤器(DPF)系统,采用的过滤材料是孔率为85%的三维网状Ni-Cr-Al合金多孔体,从而通过了1997年以后的排放烟灰量限制值[8]。在发动机排气管道上安装DPF的方法,在十几年前就已研究过采用陶瓷作为过滤器材料来捕集废气中烟灰的系统。若烟灰的捕集量过多,则燃烧部分会发生局部温升,由于陶瓷热导率较低而产生过度的温差,过滤器就会发生破裂而熔化的现象
5、。Ban等[9]发明的Ni-20Cr和Ni-33Cr-1.8Al合金多孔体,可以抵抗柴油机废气的高温腐蚀且无多孔陶瓷的开裂问题,同样适于柴油机的排气过滤材料,大大减少环境污染。经过青铜、不锈钢、镍等多孔金属过滤器净化的空气,已广泛用于各种厌氧细菌的生长,它几乎取代了原用的活性炭加脱脂棉的空气过滤器。大输液制取中的脱炭,采用多孔不锈钢或钛,过滤效果提高数倍,而且降低了维护费用,它已基本取代原用的砂滤棒。在冶金工业湿法冶炼钽粉生产中,熔融金属钠采用镍过滤器。锌冶炼中硫酸锌溶液的过滤采用多孔钛,钢铁厂中高炉煤气的净化采用不锈钢过滤器。在原子能工业
6、中,用镍、蒙乃尔、不锈钢过滤器对UF6提炼及氧铀基硝酸盐脱硝中硫化床尾气过滤。低碳钢、渗铬多孔铁、不锈钢以及钼过滤器,用于原子能电站中二氧化碳冷却气体的过滤,还用于反应堆净化液中细小放射线污染物的去除。在宇航工业中,多孔不锈钢用于航空器及制导舵螺中液压油的净化,在自动燃料管路中净化气体及在碳氢化合工艺中回收催化剂。80年代以后,石化、纺织、造纸等行业的发展,对耐高温、高压和腐蚀多孔材料的需求不断扩大,要求不断提高,并促进了多孔材料的规模生产。如在纺织业,粉末烧结多孔不锈钢管用于喷丝头的前级过滤和分散及纺织厂热洗水中去除染料颗粒。在造纸业,3
7、16L、317LN镍及镍合金、钛多孔材料用于纸浆漂洗和污水处理。在石化行业,石油钻井中泥砂的排除是用低碳钢和不锈钢多孔材料;石油提炼中油蜡分离是用铁过滤器;天然气过滤用低碳渗铬钢和多层金属网;聚丙烯生产中的液体过滤、聚脂薄膜等高分子聚合物的过滤用不锈钢粉末或纤维多孔材料;邻苯二甲酐、己内酚胺生产中催化剂粉尘收集,液氮、气氨过滤等,均用粉末烧结多孔不锈钢;液体硫磺及丁酸制取工艺的过滤用多孔钛。在化工行业,硝酸、96%硫酸、醋酸、硼酸、亚硝酸、草酸、碱、硫化氢、乙炔、蒸汽、海水、熔融盐、氢氧化钠、气态氟化氢等,均用不锈钢、钛等耐蚀多孔金属材料进
8、行过滤,以达到净化或回收的目的。利用孔的大小及表面张力作用,可获得介质的分离效果。具有0.01~0.02Lm孔径的多孔镍,可将U235与U238同位素进行气体扩散分离。总之,只要
