粉末冶金多孔性材料
粉末冶金多孔材料
粉末冶金多孔材料Powder Metallurgy Porous Materials供稿|贾成厂1，金成海2/ JIA Cheng-chang 1，JIN Cheng-hai 2作者单位：1. 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083；2. 钢铁研究总院，北京 100088概 述多孔材料，顾名思义就是有很多孔的材料，是由材料实体与孔隙构成的相互贯通或封闭的网络结构。
如果孔隙之间是相互相通的，则称为开孔；如果孔隙与孔隙之间是完全隔开的，则称为闭孔；也有些孔隙则是半开半闭的。
粉末冶金多孔材料，又称多孔烧结材料，由金属或合金粉末 (球状或不规则形状)，或短纤维，经成形、烧结制成。
材料内部孔道纵横交错、互相贯通，一般有 30%~60% 的孔隙度，孔径 1~100 μm 。
常用的金属或合金粉末冶金多孔材料，也称多孔烧结材料，由金属或合金粉末经成形、烧结工艺而制成。
常用的金属或合金有青铜、不锈钢、铁、镍、钛、钨、钼以及难熔金属化合物等。
粉末冶金多孔材料具有孔径和孔隙度均可控制、导热、导电、可焊接和加工、高的比强度、冲击韧性、能量吸收性能、化学活性、阻波性能、独特的光学性能、良好的透过性、选择性的渗透与吸附性、止振性能等一系列优异的性能。
在气体和液体过滤、高温燃气的净化过滤、熔融金属的过滤、固体催化、缓冲器及吸震器、电极材料、屏蔽材料、流体分布装置、热交换器、加热器、散热器、结构材料、生物材料等领域得到广泛应用。
内容导读有青铜、不锈钢、铁、镍、钛、钨、钼以及难熔金属化合物等。
做成的制品有坩埚状、碟状、管状、板状、薄膜等。
粉末冶金多孔材料导热、导电性能好，透过性能好，耐高温与低温，抗热震，抗介质腐蚀。
可用于制造过滤器、多孔电极、灭火装置、防冻装置等。
图 1 是多孔铝，图 2 是多孔镍。
多孔材料的优异性能力学性能由于粉末冶金多孔材料中存在大量的孔隙，所以其密度显著减小。
例如多孔钢的密度与致密材料相比能够减轻 34.2%。
粉末冶金工艺基本知识
粉末冶金工艺基本知识粉末冶金成形粉末冶金工艺及材料粉末冶金是制取金属粉末并通过成形和烧结等工艺将金属粉末或与非金属粉末的混合物制成制品的加工方法，既可制取用普通熔炼方法难以制取的特殊材料，又可制造各种精密的机械零件，省工省料。
但其模具和金属粉末成本较高，批量小或制品尺寸过大时不宜采用。
粉末冶金材料和工艺与传统材料工艺相比，具有以下特点：1．粉末冶金工艺是在低于基体金属的熔点下进行的，因此可以获得熔点、密度相差悬殊的多种金属、金属与陶瓷、金属与塑料等多相不均质的特殊功能复合材料和制品。
2．提高材料性能。
用特殊方法制取的细小金属或合金粉末，凝固速度极快、晶粒细小均匀，保证了材料的组织均匀，性能稳定，以及良好的冷、热加工性能，且粉末颗粒不受合金元素和含量的限制，可提高强化相含量，从而发展新的材料体系。
3．利用各种成形工艺，可以将粉末原料直接成形为少余量、无余量的毛坯或净形零件，大量减少机加工量。
提高材料利用率，降低成本。
粉末冶金的品种繁多，主要有：钨等难熔金属及合金制品；用Co、Ni等作粘结剂的碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）等硬质合金，用于制造切削刀具和耐磨刀具中的钻头、车刀、铣刀，还可制造模具等；Cu合金、不锈钢及Ni等多孔材料，用于制造烧结含油轴承、烧结金属过滤器及纺织环等。
随着粉末冶金生产技术的发展，粉末冶金及其制品将在更加广泛的应用。
1 粉末冶金基础知识⒈1 粉末的化学成分及性能尺寸小于1mm的离散颗粒的集合体通常称为粉末，其计量单位一般是以微米（μm）或纳米（nm）。
1.粉末的化学成分常用的金属粉末有铁、铜、铝等及其合金的粉末，要求其杂质和气体含量不超过1%～2%，否则会影响制品的质量。
2.粉末的物理性能⑴ 粒度及粒度分布粉料中能分开并独立存在的最小实体为单颗粒。
实际的粉末往往是团聚了的颗粒，即二次颗粒。
图描绘了由若干一次颗粒聚集成二次颗粒的情形。
实际的粉末颗粒体中不同尺寸所占的百分比即为粒度分布。
粉末材料的孔隙度特性
多孔体止火的原理，是根据火焰通过毛细孔时产 生热交换，使燃烧物的热量通过孔壁而散失，从 而阻止燃烧过程的进行，使火焰熄灭。换句话说， 火焰在管道中传播的速度和孔隙大小是有一定关 系的，当孔径减小到某一临界尺寸时，可燃气体 将不可能着火。孔径的这一极限值称为临界熄火 孔径。粉末多孔材料孔径小、透气性好、强度高， 最适于作高速火焰的止火器。粉末多孔电极具有 大的比表面和晶体缺陷，可以有效地降低氢的超 电压。
大量孔隙的存在使多孔材料具有很大的比表 面，而比表面的大小又是决定其使用性能的重要 指标。 测定开孔隙比表面的方法很多，可用类似于 测量粉末比表面的方法来测定。用BET法测定每克 只有十分之几平方厘米的比表面的试样已相当困 难，因此，对一般由粒度在微米以上的粉末制取 的多孔材料，就不大适用了。当孔隙度大于20%时， 用透过法测法测定比表面可以得到足够精确的结 果，满足实际应用的需要。
“假合金”和成分之间相互作用很弱的合金， 可采用加和法求其理论密度；否则，需要采用与测 定粉末真密度相同的方法进行测定。求加和密度的 公式为：
据资料介绍，使用具有低蒸汽压和稳定密度的 苯甲醇浸渍试样，可以获得良好的结果；使用无水 乙醇液体石蜡浸渍试样，精度也较高。但是浸渍介 质不可能浸渍到所有孔隙中去，特别是不易填满窄 缝，结果开孔隙度的测量值偏低。
粉末冶金多孔材料的基本特性：由于孔隙的 存在，多孔材料具有大的比表面和优良的透过性 能，以及易压缩变形、吸收能量好和质量轻等特 性。
在普通铸件中，气孔和缺陷是常见的缺 陷，也是熔铸法难以克服的问题；而用粉末冶金 法制取的材料，其孔隙度、孔径及分布可以有效 地控制，并且可在相当宽的范围内调整。
一、粉末材料孔隙度和孔径的测定
粉末多孔材料具有质量轻和吸收能量好的特性， 可用做消音、消震和隔热装置，使用效果很好。 消音器是控制声音衰减的一种零件，从喷射工程 中的吸音材料到助听装置中的衰减器，均有所应 用。用粉末冶金方法可以通过控制材料密度、原 始粉末大小、孔径、孔隙形状和零件尺寸来生产 有严格声学要求的零件。
粉末冶金多孔材料
粉末冶金多孔材料Powder Metallurgy Porous Materials供稿|贾成厂1，金成海2/ JIA Cheng-chang 1，JIN Cheng-hai 2作者单位：1. 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083；2. 钢铁研究总院，北京 100088概 述多孔材料，顾名思义就是有很多孔的材料，是由材料实体与孔隙构成的相互贯通或封闭的网络结构。
如果孔隙之间是相互相通的，则称为开孔；如果孔隙与孔隙之间是完全隔开的，则称为闭孔；也有些孔隙则是半开半闭的。
粉末冶金多孔材料，又称多孔烧结材料，由金属或合金粉末 (球状或不规则形状)，或短纤维，经成形、烧结制成。
材料内部孔道纵横交错、互相贯通，一般有 30%~60% 的孔隙度，孔径 1~100 μm 。
常用的金属或合金粉末冶金多孔材料，也称多孔烧结材料，由金属或合金粉末经成形、烧结工艺而制成。
常用的金属或合金有青铜、不锈钢、铁、镍、钛、钨、钼以及难熔金属化合物等。
粉末冶金多孔材料具有孔径和孔隙度均可控制、导热、导电、可焊接和加工、高的比强度、冲击韧性、能量吸收性能、化学活性、阻波性能、独特的光学性能、良好的透过性、选择性的渗透与吸附性、止振性能等一系列优异的性能。
在气体和液体过滤、高温燃气的净化过滤、熔融金属的过滤、固体催化、缓冲器及吸震器、电极材料、屏蔽材料、流体分布装置、热交换器、加热器、散热器、结构材料、生物材料等领域得到广泛应用。
内容导读有青铜、不锈钢、铁、镍、钛、钨、钼以及难熔金属化合物等。
做成的制品有坩埚状、碟状、管状、板状、薄膜等。
粉末冶金多孔材料导热、导电性能好，透过性能好，耐高温与低温，抗热震，抗介质腐蚀。
可用于制造过滤器、多孔电极、灭火装置、防冻装置等。
图 1 是多孔铝，图 2 是多孔镍。
多孔材料的优异性能力学性能由于粉末冶金多孔材料中存在大量的孔隙，所以其密度显著减小。
例如多孔钢的密度与致密材料相比能够减轻 34.2%。
粉末冶金多孔材料过滤材料
多孔金属过滤原理
•
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。金属微孔 孔径与孔隙易于控制，用 于过滤时的过滤精度高；
过滤材料的应用 • 目前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、建筑等行业的过滤、 分离，总之,只要涉及固- 液、液- 液、 气- 液过滤与分离的场合,基本上均可采 用金属多孔材料。加工成滤芯，滤片，滤 棒，滤塞，滤罩，气罩，探头，滤碗，滤 杯等
过滤材料中常用的金属
粉末冶金多孔材料 ——过滤材料
粉末冶金多孔材料
粉末冶金多孔材料是金 属和孔隙的复合体,一般由 球状或不规则形状的金属 或合金粉末经成形和烧结 制成，又称烧结多孔材料。 这种材料为孔道纵横交 错、互相贯通的多孔体， 通常具有30～60％体积的 孔隙度，孔径1～100微米。
泡沫镍和泡沫镍的微观结构
粉末冶金多孔材料的特征
青铜、不锈钢、镍和钛多孔过滤材料
固- 液分离
多孔钛过滤材料
多孔钛过滤材料是一种新型过滤材料。其 特点是耐腐蚀性能好、力学性能好、过滤精度 高，易再生、寿命长等。其中微孔钛管所组成 的二级过滤系统可取代纱滤芯系统用于饮用水 的过滤净化。效果为砂滤芯的10-15倍，滤水 费用降低20%-30%。
特点:1:外表面光滑、易清洗. 2:化学稳定性好，能耐酸、 耐碱、可在命长。孔径分布窄， 分离效率高。 4:抗微生物能力强，不与 微生物发生作用，可以在生物 工程及医学领域应用。 5:耐高温，一般可在 300℃以下正常使用。 6:无微料脱落，不对物液 形成二次 污染。
粉末冶金基础教程之多孔性材料
粉末冶金基础教程之多孔性材料1145562129 张杰冶金一班前言在大多数粉末冶金应用中，由金属粉末冶金通过压制与烧结的材料都是多孔性的。
作为结构零件，要求孔隙度低，但在其他应用中，对于有特殊功能需要的产品则要求孔隙度可控。
粉末冶金多孔性材料中应用最广泛的是自润滑轴承、金属过滤器及金属电极。
多孔性材料的材质种类繁多，应用范围及其广泛，结构和使用特性涉及到很多方面，并且由于使用目的不同对材料的性能要求及其表征形式也各异，因此，在研究多孔性材料时，了解其检测方法就显得很有必要。
一般多孔性材料系是指孔隙度在15% 以上的材料。
由于大量空隙的存在，使得它在性能方面与材质相同的致密材料有着很大的差别。
比如较高的孔隙度将导致机械强度、导热、导电与耐腐蚀等性能的下降。
但是，多孔性材料的广泛应用也正是由于空隙的存在。
孔隙特性是多孔材料的基本特性之一。
多孔隙材料的的其他一些重要性能都能直接或者间接的与其孔隙特性相关。
因此正确地测定孔隙度是分析多孔材料性能的重要手段之一。
①孔隙度的表征粉末冶金产品孔隙度的重要特性包括：总孔隙容积、连通孔隙的数量、空隙大小和孔径分布。
A连通空隙度对于连通孔隙数量，已经有标准的方法。
这些测量方法基本上是测量联通孔隙的体积，用前者的测量值除以后者的测量值就得到了连通孔的体积分数。
1润滑剂的体积可以通过用空气中称量含润滑剂处理过的轴承质量B减去经过烧结和精整后的轴承的质量A，在除以润滑剂的密度可以算出，即（B-A）/S。
2轴承的总体积可以通过阿基米德法测出。
3两者相除即可得出连通孔的体积分数。
B总孔隙度通过测定粉末冶金的质量和体积，并且把所测定的密度和化学组成相同的材料的理论密度进行比较，就可以确定其总孔隙度。
C孔隙的形状、大小和孔径分布可以通过1,显微镜法，2冒泡法，3汞压入法来测定观察。
②产品、生产工艺以及性能多孔性材料的用途有：自润滑轴承，金属过滤器，电极，截至分离器，控制气体的流动和声控的装置。
粉末冶金中孔隙的功能特征
粉末冶金多孔材料的特点
①孔径和孔隙度均可控制 ②优良的透过性能，且在使用后可以再生，因 而使用寿命长 ③导热、导电 ④耐高温、耐低温、抗热震 ⑤抗介质腐蚀 ⑥比表面积大 ⑦可焊接和加工
多空金属材料的功能
1、机械性能的改变 应用多孔材料能提高强度和刚度等机械性能, 同时降 低密度, 这样应用在航天、航空业就有一定的优势。 2、对机械波及机械振动的传播性能的改变 波传播至两种介质的界面上时, 会发生反射和折射。 3、对光电性能改变 多孔材料具有独特的光学性能, 微孔的多孔硅材料在 激光的照射下可以发出可见光, 将成为制造新型光电子 元件的理想材料。
针对高孔隙率通孔铁基(或镍基) 泡沫耐高温的优点，西安交通 大学和英国剑桥大学、Rolls Royce公司联合开展了将此材料 用于(航空发动机)稀预混合燃烧 室降噪的研究：与传统的燃烧 室相比，稀预混合燃烧室的 C02排放量有很大减少(因而为 各生产厂商所亲睐)，但其噪音 则有显著增加．为保护稀预混 合燃烧室内部结构的安全运作 和减少环境污染，必须采取适 当措施降噪．此外，常用的木 质或化学纤维虽然具有很好的 空气吸声效果，但其在水下时 由于阻抗不匹配以及水压水温 的影响而不具有实用性．
多孔金属介质在解决 阻抗匹配以及水温水 压影响方面则具有不 可多得的优势，同时 还避免了化学纤维的 易污染性．因为轻质 高强的特点，在汽车、 船舶以及航空飞行结 构中的阻尼减震方面， 多孔金属也具有相当 的应用前景．
谢谢！
4、选择渗透性 利用这种性能可以制成分子筛, 比如高效气体分离膜、可 重复使用的特殊过滤装置等。 5、选择吸附性 由于每种气体或液体分子的直径不同, 其运动的自由程不 同, 所以不同孔径的多孔材料对不同气体或液体的吸附能力 就不同。可以利用这种性质制作出用于空气或水净化的高 效气体或液体分离膜, 这种分离膜甚至还可重复使用。 6、化学性能的改变 多孔材料由于密度的变小, 一般材料的活性都将增加。基 于具有分子识别功能的多孔材料而产生的人造酶, 能大大提 高催化反应速度。
金属粉末烧结多孔过滤材料介绍
金属粉末烧结多孔过滤材料介绍烧结金属微孔过滤元件是：本实用新型涉及一种用于过滤各种物料和分离微径颗粒的烧结金属微孔过滤元件，它是一个由烧结金属微孔过滤筒壁构成的，外形为圆锥台状的微孔圆筒。
本实用新型烧结金属微孔过滤元件，其外形为圆锥台状，内部中空，壁厚均匀，其一端封死，另一端开口，锥台形筒壁材质采用烧结金属微孔材料，通过此材质内部的毛细微孔将外部与圆筒内腔相连通，并实现过滤的功能；开口端将烧结金属微孔材料和密质接头直接烧结成型。
我公司(宝鸡市奥龙过滤器材有限公司)是一家专业生产金属粉末冶金烧结过滤材料的科技型企业。
我公司生产的微孔钛，微孔不锈钢过滤元件是由金属及合金粉末烧结制成的微孔金属材料，是具有良好的渗透性。
以其强度高，耐热性，耐腐蚀性好而广泛应用与在石化，化工，制药，饮料，纺织，冶金，煤炭，电子，车船、医疗器械、消毒，航空航天及原子能、新能源氢燃料电池氧流场（钛）、臭氧发生器（钛）。
人工体外心肺氧合器发泡板（钛）、环保等领域。
一：不锈钢粉末烧结滤芯简介：不锈钢粉末烧结滤芯是由不锈钢粉末通过模具压制，高温烧结，整体成型而成。
具有机械强度高，耐高温，耐腐蚀新能好，孔径分布均匀，透气性好，可清洗再生，可焊接机机械加工等优点。
通过调整粉末颗粒尺寸和工艺条件，从而能够生产出过滤精度范围较广的多孔金属烧结滤芯。
由于多孔金属粉末烧结材料具有的诸多优点,这类产品被广泛应用于催化剂的回收,化工,医药,饮料,食品,冶金,石油,环保发酵等领域中的气液过滤与分离;各种气体,蒸汽的除尘,除菌,除油雾;消音,阻焰,气体缓冲等.产品特性：1.形状稳定，抗冲击和交变负载能力优于其他金属虑过材料；2.透气性，分离效果稳定；3.接卸强度优异，适用于高温，高压和强腐蚀性的环境中使用；4.尤其适合于高温气体过滤；5.可按用户要求订做各种形状和精度的产品，也可通过焊接以用各种接口。
性能：耐酸、耐碱、耐高温、耐低温、防火、防静电工作环境：硝酸、硫酸、醋酸、草酸、磷酸、5％盐酸、熔融钠、液氢、液氮、硫化氢、乙炔、水蒸气、氢气、煤气、二氧化碳气体等环境中使用。
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在通风装置、使气体起泡的起泡装置
3.消声器和声音阻尼器 减低喷气式发动机的噪音和潜水艇的 消音阀
自润滑轴承
优点： 1 无油润滑或少油润滑，可在使用时不保养或少 保养。 2 耐磨性能好，摩擦系数小，使用寿命长。 3 有适量的弹塑性，能将应力分布在较宽的接触 面上，提高轴承的承载能力。 4 静动摩擦系数相近，从而保证机械的工作度。 5 能使机械减少振动，降低噪音，防止污染，改 善劳动条件。 6 在运转过程中能形成转移膜，起到保护对磨轴 的作用。 7 对于磨轴的硬度要求低，从而降低了相关零件 的加工难度。 8 薄壁结构，质量轻，可减小机械体积。 9 钢背面可电镀多种金属，可在腐蚀介质中使用； 目前已广泛应用于各种机械的滑动部
两种用途：碱性电池和燃 料电池
镍网电极
碱性电池电极
要求具有很高的孔隙度（70%~90%） 必须能容纳大量的电池的活性物质，在正极为氢氧
化镍，在负极为氢氧化镉（一般由羰基镍粉）
燃料电池
由等轴状而不是纤维状的羰基镍粉制 成的，
需要较低的孔隙度和将孔径严格控制 在3~8μm范围之内
由粉末轧制制作，然后在比制备碱性 电池稍高的温度下进行烧结
多孔性材料
porous materials
1045562121 史杰星
1.定义：固相与大量孔隙共同构成的多相材料
例子：泡沫镍
泡沫镍微观结构
“ 3.特点：相对连续介质材料而言, 多孔材料一般具
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。
特性：1.机械性能的改变
”
2.传播性能的改变
多孔性过滤器
多孔性金属电极用于过滤器的目的是： 除去流体如石油、汽油、制冷剂、聚合物熔体、水悬浮液、
空气或其他气体流中的小固体颗粒
重要特征： 1.合适的力学强度 2.能滤出规定尺寸的固体颗粒 3.流体的透过性 4.耐环境腐蚀
多孔性青铜和多孔性不锈钢是应用最广的 金属过滤材料
青铜粉末烧结过滤器滤芯
3.对光电性能改变
4.选择渗透性
5.选择吸附性
6.化学性能的改变
4.表征方法
表征多孔结构的主要参数是： 孔隙度、平均孔径、最大孔 径、孔径分布、孔形和比表 面
5.用途 最广应用：自润滑轴承、金属过滤器及金属电极
其他用途
例子：
1.介质分离器
从水中分离油
2.控制气体流 和缓冲器的渗漏控制
不锈钢过滤器
过滤器材料的性能取决于粉末的粒度和在 制造过程中制成的过滤器的孔隙度
一般的黏性透过因子k与其孔隙度 和压制用粉末的粒度级成正比。因 此，孔隙度和压制粉末的粒度级决 定过滤器级别。Fra bibliotek多孔性电极
第三类多孔金属材料的应用 是电极，通常其是由镍粉制 成的。电极是厚度为0.1mm 到稍大于1mm的带材制成的。
应用实例
汽车：加热器、后备箱、车窗、风挡刮水可调座椅 便携式电动工具：钻具、往复锯、竖锯和磨光机 家用电器：洗衣机、烘干机、冰箱、电风扇和钟 消费性电子制品：电子唱机、磁带录音机和录像机 办公设备：打字机、计算机和复印机 农业机械：割草机、联合收割机和拖拉机 船舶设备：外装马达