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

孔正是改变材料的微观形状冈子。经过材料的轻量化设计，可以得出：形状因子＝宏观形状因子×微观形状因子。也就是说，在材料轻量化设计过程中，在考虑形状因子时，不单要考虑宏观因子，如果能考虑到微观形状因子，那么在材料的轻量化上可以收到成倍的效果。由于多孔金属材料比重小，比强度大，所以它可以构件的形式广泛应用于机械工具和交通运输工具上。如果将多孔材料轧制成板材，那么可以制作汽车，机器的蒙皮，以取代目前所用的板材。

2.能量吸收性好

鉴于多孔金属材料具有很好的能量吸收特性，所以它可以用米制造能量吸收器，减震缓冲器等应用于

机械工程和车辆工程。当它们受到突然的冲击时，不容易造成车毁人亡的恶性事故。

3.制振效果好

有些多孔金属材料是通过金属与气体的共品凝固获得的，所以材料内部储藏大量气体，只要这些孔洞

是封闭型的，那么当材料接收到振动源的能量时，由于材料内部具有很大的内耗，而将传递来的能量化解

掉。多孔金属材料还具有很好的吸声能力，所以广泛应用于噪音源的隔离材料，如多孔铝合金、镁合金应

用于潜水艇内的隔墙，可以很好地防止声纳的跟踪。用于人流嘈杂地方的天花板，可以大幅度降低噪音。将来该材料还可以用于汽车等交通工具上，减少发动机噪音的传出。

4.比表面积大

多孔金属材料具有很大的比表面积，所以它在电化学中被利用来制造电化学电极，可以大大提高电化

学反应过程中能量的释放，如泡沫镍电极电池就是一例。由于多孔金属材料的比表面积人，换热散热能力

高，耐急冷急热性能好，而且具有很好的吸声能力，所以它是汽车尾气处理器理想的材料。

5.其他性能

多孔金属材料还具有很好的电磁波吸收特性、对气体敏感特性等特点，所以它在通讯工程，环保工程

等领域有广泛的应途。更值得一提的是，日本材料工作者利用仿真技术，正在开发多孔金属材料的人工骨骼。据称该材料具有生物材料的特性，所以是人体理想的骨骼材料。

总结

多孔金属材料是近十几年内发展起来的新材料，它具有结构材料和功能材料的特性，是许多普通金属材料所无法具备的。它的开发是人类社会发展的必然趋势。说必然趋势其中包含二重含义，其一是人类生存的空间愈来愈小。资源愈来愈贫乏，所以迫使人类为生存而斗争，去挖掘省资源。省能源。有利环境保护的材料。其二二。突

飞猛进的科学技术发展，使我们有能力从事新材料的研究和开发。综上所述，我们可以看出，多孔金属材料具有很好的开发前景和广阔的用途。日本材料学家中峙英雄认为，二十一世纪前五十年多孔金属材料的研究和应用将会受到人们很大的关注。