多孔金属材料讲义.
多孔泡沫金属材料ppt课件
多孔泡沫金属材料
制备工艺方法Hale Waihona Puke 其分类（1）按制备工艺分类
（2）按被加工金属的物理状态分类
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多孔泡沫金属材料
制备工艺方法及其分类
（3）按孔隙的形成机理分类
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多孔泡沫铝的制备工艺
制备工艺介绍
（1）熔体发泡法
将合金熔化并保持温度为650 ～ 670 ℃;然后加 入M g 粉 , 以降低熔体的表面张力;搅拌 10 min 并添加定量的发 泡剂 , 控制处理温度为 530 ℃;在尽可能减少发泡剂分解的 条件下 ,必须保证发泡剂有充分的分散时间 ,发泡剂分散后, 合金注入模具并水冷,然后经压力机压制 ,得到二次发泡的发 泡先驱体 ;将先驱体在两相区温度下发泡 ,即可得到最终的 泡沫铝制品
粉末冶金发泡法是德国 Fraunhofer 应 用材料研究所发明的, 工艺原理是将混合铝粉 与发泡剂粉 ,经压缩得到具有气密结构的预制 体 ,加热预制体使发泡剂分解释放出气体, 迫 使预制体膨胀得到泡沫铝。该工艺稳定可控， 可制备各种异型件和复合结构，是当今研究
的热点方向。
（4）电化学沉积法
也称为镀覆金属法，通过金属喷涂工艺、硬化处理、化学预镀三个步骤, 将金属(如镍和铜等)覆盖在聚氯基甲酸乙酯材料上,再将脂原体用热分解的方法 去除, 从而制得泡沫金属。采用电沉积法生产的泡沫铝具有孔洞分布均匀 、孔 径小 、孔隙率高的特点,且其隔热和阻尼特性优于铸造法生产的泡沫铝。
孔径在 0. 5 ～ 6mm，孔隙率大于90% 的，称为泡沫金属 ( foam metal)
（2） 按孔的形 状特征
通孔结构 闭孔结构
（3）按其基体的种类进行分类: 多孔泡沫铝，多孔泡沫铸铁，多孔泡沫铝 合金，多孔泡沫镍等。
多孔金属材料
多孔金属材料多孔金属材料是一种具有较高比表面积和较低密度的材料。
其内部由许多不规则的孔隙构成，这些孔隙通过互相连接形成了一个连续的网络。
这种组织结构使得多孔金属材料具有多种独特的性能和应用。
首先，多孔金属材料具有较高的比表面积。
由于其内部充满孔隙，将会形成大量的孔隙表面，使得材料的表面积大大增加。
这样一来，多孔金属材料可以提供更多的表面活性位点，从而增加与其他物质的接触面积，提高反应速率和效率。
因此，多孔金属材料广泛应用于催化、吸附、分离等领域。
特别是在催化领域，多孔金属材料可以作为催化剂载体，为反应物提供更多的反应位点，提高催化效果。
此外，多孔金属材料还具有较低的密度和良好的力学性能。
其内部孔隙的存在使得材料的密度大大降低，因此多孔金属材料具有较轻的重量。
同时，由于孔隙的连续网络结构，多孔金属材料的强度和刚度也得到提高。
这使得多孔金属材料在航空航天、汽车、建筑等领域中得到了广泛的应用。
例如，多孔金属材料可以用于制造轻型飞机的结构件，以减轻飞机的重量和提高燃油效率。
此外，多孔金属材料还具有较好的导热性和导电性。
由于其内部孔隙结构，多孔金属材料的导热通道更加直接和连续，热量的传导性能更好。
因此，多孔金属材料被广泛应用于热交换器、散热器等领域。
同时，多孔金属材料的导电性能也很好，可以用于制造导电材料、电池等电子器件。
总之，多孔金属材料作为一种特殊的材料结构，具有较高的比表面积、较低的密度、良好的力学性能、导热性和导电性等特点。
通过调控多孔金属材料的孔隙结构和孔径分布，可以实现对其性能的调控和优化，从而适应不同的应用需求。
在未来的发展中，多孔金属材料有望在能源、环境、医学等领域中发挥更大的作用。
第五讲 金属多孔材料的应用及制备
青铜过滤元件示意图
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多孔钛是一种新型的过滤净 化材料，特点是耐腐蚀性强， 化材料，特点是耐腐蚀性强， 具有很好的物理机械性能， 具有很好的物理机械性能， 可以满足过滤工程对力学性 能的需要，使用寿命长， 能的需要，使用寿命长，应 用领域十分广阔， 用领域十分广阔，可适应多 种再生方法使得它在过滤方 面的应用更有价值。 面的应用更有价值。
孔率的测定 显微分析法：由显微镜观测出截面的总面积 S0 ， 和 SP ， 显微分析法： 再通过如下公式计算出其中包含的孔隙面积多孔体的孔率： 再通过如下公式计算出其中包含的 S
P O
× 100
%
质量体积直接计算法： 质量体积直接计算法：
典型热管中的热流和工作液流
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3.流体分布与控制（布气） 流体分布与控制（布气） 流体分布与控制
1—气体入口 气体入口2—辊筒底部与密封端 气体入口 辊筒底部与密封端 3—膜带 膜带 1—分流阀 分流阀2—压缩空气供应室 压缩空气供应室3—粉末冶金多孔 粉末冶金多孔 分流阀 压缩空气供应室 隔板4—煤矸石 煤矸石5—精煤 精煤6—原煤 原煤7—尾矿 尾矿8—尾矿 隔板 煤矸石 精煤 原煤 尾矿 尾矿 出口9—精矿出口 精矿出口10—栅栏板 栅栏板11—煤矸石出口 出口 精矿出口 栅栏板 煤矸石出口
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多孔材料的合成化学讲课讲稿
凝胶、层柱材料
4 多孔材料的合成机理
分子筛的转化机理 介孔材料的合成机理 多孔材料的合成机理
中硅酸根与铝酸根离子的聚合反应 阳离子的模板效应
征。
沸石与分子筛的骨架结构
在骨架中硅氧四面体是中性的，而铝氧四 面体则带有负电荷，骨架的负电荷由阳离子来 平衡。骨架中空部分（就是分子筛的孔道和笼） 可由阳离子、水或其它客体分子占据，这些阳 离子和客体分子是可以移动的，阳离子可以被 其它阳离于所交换。分子筛骨架的硅原子与铝 原于的摩尔比例常常被简称为硅铝比（Si／Al， 有时也用SiO2／Al2O3表示)。
次孔）。 ⑥溶胶-凝胶法 ⑦化学腐蚀法 ⑧多层自组装——双重模板,有控制的破坏； ⑨聚合物作模板剂； ⑩乳浊液作模板剂；
介孔和大孔材料的孔径控制：主要合成方法
• 现在有许多合成方法可被用来合成介孔材料和大孔材料，如按 产物的孔直径分类，主要有以下几种： 2～５nm，使用不同链长的表面活性剂作模板剂； 2 ～7nm，高温合成； 4 ～7nm，二次合成﹙合成后水热处理﹚； 4 ～10nm，使用带电的表面活性剂和中性有机物； 4 ～11nm，二次合成﹙水-胺合成后处理﹚；多层自组装——有 控制的破坏； 2 ～30nm，聚合物作模板剂； ＞50nm，乳浊液作模板剂； ＞150nm，胶体颗粒﹙模板剂﹚晶化。
保温隔热材料
多孔材料具有较高的气孔率和较低的基体导热系 数，所以这种材料具有很好的隔热保温效果。利 用多孔材料的这种优点可以将其用于各种防止热 辐射的场合，以及用于保温节能方面，因此从环 保和节能两方面来说都是有利的。
采用多孔材料建筑材料可以让房屋具有非常好的 保温隔热效果；航天器的热保护系统就广泛采用 了多孔材料
多孔金属材料
多孔金属材料
多孔金属材料是一种具有特殊结构和性能的材料，其具有许多独特的优点，因
此在各个领域都有着广泛的应用。
多孔金属材料通常具有高度的孔隙率和较大的比表面积，这使得它们在吸附、过滤、隔热、隔声等方面具有独特的优势。
本文将介绍多孔金属材料的组成、制备方法以及应用领域。
多孔金属材料通常由金属颗粒或纤维通过一定的方法组装而成，其孔隙结构可
以精确控制，从而实现对材料性能的调控。
常见的多孔金属材料包括泡沫金属、多孔板、网状结构等。
这些材料具有高度的孔隙率和连通的孔隙结构，使得气体和液体可以在其中自由流动，具有优秀的过滤和吸附性能。
制备多孔金属材料的方法多种多样，常见的方法包括模板法、发泡法、粉末冶
金法等。
模板法是利用模板的空隙结构来制备多孔金属材料，可以通过模板的选择来控制孔隙结构和孔隙大小；发泡法是利用金属的发泡性质来制备多孔金属材料，可以实现大面积、连续生产；粉末冶金法是利用金属粉末的成型和烧结来制备多孔金属材料，可以实现复杂形状和微观结构的控制。
多孔金属材料在各个领域都有着广泛的应用。
在能源领域，多孔金属材料可以
作为催化剂载体、电极材料等，具有优异的传质性能和催化性能；在航空航天领域，多孔金属材料可以作为轻质结构材料、隔热隔烟材料等，具有优异的强度和耐高温性能；在生物医学领域，多孔金属材料可以作为植入材料、药物载体等，具有良好的生物相容性和生物活性。
总之，多孔金属材料具有独特的结构和性能，其制备方法多样，应用领域广泛。
随着材料科学的不断发展，相信多孔金属材料将会在更多领域展现出其独特的价值，为人类社会的进步做出更大的贡献。
第12章多孔材料讲解PPT课件
金属离子
溶解度大的硅源和铝源有利于 生成小晶体，反之生成大晶体
碱： 碱金属、碱土金属氢氧化物 水
有机模板 30
硅铝比 决定产物的结构和组成 产物的硅铝比 反应混合物硅铝比，
对于高硅沸石，晶化速度随凝胶 中铝含量的增加而减小
（括号中数字是SBU在已知结构中出现的次数）
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3、沸石类型材料的合成
20世纪40年代末，成功模拟天然沸石的模型和生 产条件，水热条件合成出低硅沸石分子筛。
1954年，A型和X型分子筛工业化生产，接着研 究与开发出一系列低硅与中硅铝比沸石分子筛 （如NaY型沸石、大孔丝光沸石、L型沸石等）
我国于1959年合成出A型分子筛和X型分子筛， 随后合成出Y型分子筛和丝光沸石。
孔道对吸附物有形状选择性 热/化学稳定性 易再生
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3. 沸石与分子筛的骨架结构
由硅氧四面体和铝氧四面体组成的三 维骨架结构，骨架中由环组成的孔道 是沸石的最主要结构特征。
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硅氧四面体[SiO4]4-和铝氧四面体[AlO4]5通过共用氧原子连接而成,统称为TO4四面体
T通常指Si, Al, P原子, 有时指B，Ga，Be
基本结构单元是笼 （方钠石笼）
表面由6个四元环和8个六元环围成的，称为[4668]笼。
笼的平均孔径：6.6 Å,
孔穴内有效体积：160
Å3 17
A型沸石结构类似于氯化钠晶体结构。笼和立方体 笼间隔联结起来，得到A型沸石晶体结构。 8个笼 连接后，当中形成一笼，它是A型沸石的主晶穴。
A型沸石的线状连接图
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1. A型沸石LTA水热合成
Na12[(AlO2)12(SiO2)12]· 27H2O
13.5g
铝酸钠 加300mL H2O溶解
多孔材料PPT教学课件
硅铝分子筛：亲水
应用：消除环境污染如苯、CO等 香烟过滤嘴：高科技---国家烟草局
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沸石分子筛的性质
均一孔径：强烈筛分能力 筛分氧气与氮气：重要应用项目 分子筛膜：水与氢气；氢气与烃 燃料电池重要课题
气体分离
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沸石分子筛的性质
强的离子交换能力：nM1m+---mM2n+
洗涤剂：消除水中的Mg2+与Ca2+
3
第2节 沸石类材料及其结构特征
• 沸石和分子筛的性质 沸石和类沸石分子筛是应用最广泛的 催化剂和吸附剂，其结构的规则有序性， 决定了其性质的可预测性。沸石不同与其 它无机氧化物是因为沸石具有以下特殊性 质：
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（1）骨架组成的可调变性； （2）非常高的表面积和吸附容量 （3）吸附性质能被控制，可从吸水性到疏水性； （4）酸性或其他活性中心的强度和浓度能被调 整； （5）孔道规则且孔径大小正好在多数分子的尺寸 范围之内； （6）孔腔内可以有较强的电场存在； （7）复杂的孔道结构允许沸石和分子筛对产物、 反应物或中间物有形状选择性，避免副反应；
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3.高硅沸石（Si/Al＞5） 如：ZSM-5（MFI）、 ZSM-11（MEL）、β 沸 石（BEA） 4.全硅分子筛（Si/Al接近∞） 优势是没有阳离子，与含有阳离子的硅铝 酸盐沸石相比较有较大的有效孔径尺寸。 5.全硅笼合物 笼合物的结构可以看作是由小环（4、5、6或8 元环）组成的笼堆积而成，尽管骨架较为空旷， 但由于其窗口太小，几乎没有吸附能力，如方 钠石。
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•
磷酸铝（AlPO-n)作为类沸石材料， 是另一类分子筛。它们的骨架是由AlO4 四面体和PO4四面体连接而成。从概念 上讲，认为中性的磷酸铝骨架是作为中 性的纯硅分子筛中两个Si被一个Al和一 个P所取代。而且磷酸铝骨架Al或P能被 其它元素所取代生成MeAPO-n或SAPOn分子筛。
金属多孔材料
金属多孔材料非金属081班田子明 080604133摘要：金属多孔材料是当前发展较快的一种功能材料，它具有渗透性好、孔径可调、耐腐蚀、耐高温、强度高等优点，可以制成过滤器、分离膜、消音器、催化剂载体、电池电极、阻燃防爆等材料，在原子能、石化、冶金、机械、医药、环保等行业已得到了广泛的应用。
关键词：属金多孔材料制备方法应用所谓多孔金属材料是指一种金属骨架里分布着大量孔洞的新型材料, 以多样化孔隙为特征的广义阻尼材料。
按其结构来分,可分为无序和有序两类,前者如泡沫材料, 而后者主要是点阵材料。
按孔之间是否连通,可分为闭孔和通孔两类,前者含有大量独立存在的孔洞, 后者则是连续畅通的三维多孔结构。
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)、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。
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, 是一种性能优异的多用工程材料。
一、金属多孔材料的研究现状金属多孔材料属于人造多孔材料。
近10 年来，多孔材料特别是金属多孔（泡沫）材料发展迅速。
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声学 性能
卢天健,何德坪,陈常青,赵长颖,方岱宁,王晓林.超轻多孔金属材料的多功能特性及应导热性能
多孔金属材料的导热系数介于金属材料（10-300W/m K）与隔热材料（<0.2 W/m K）之间，并随着孔隙率的增加而减小。
耐热性能
多孔金属是一种骨架或薄膜结构，所以其拥有很强的耐热性，即使达到基体金 属的熔点也不融化。
金属材料&多孔金属材料
Metal Material & Porous Metal Material
目录
研究进展 多孔金属结构特征与特性 多孔金属的制备方法 多孔金属的应用 多孔金属的展望
概述
密度小、孔隙率高、比表面 积大
强度及韧性高、导电导热性好、 抗冲击能力强
能量吸收性好及特殊的传热 和声学等特点 珊瑚及珊瑚剖面示意图
多孔金属对电磁波具有优良的屏蔽作用，特别是对高频电磁波屏蔽 导热性能
耐热性能
散热性能
付全荣,张依鈖,段滋华,李煜. 多孔泡沫金属及其在化工设备中的应用[A].化工机械,2010.
渗透性能
导热性能 渗透性能是开孔多孔金属的一种特性。渗透性能随孔隙率的增加而
增大，又随两端压力差增大而增加。通过对多孔金属孔结构（如孔隙率 、孔径、开孔度）的控制，可以获得不同透过性能的多孔金属材料。
多孔金属的抗冲击特性表现在其具有显著的吸收碰撞能量的能力。
散热性能
付全荣,张依鈖,段滋华,李煜. 多孔泡沫金属及其在化工设备中的应用[A].化工机械,2010.
声学性能
声波射向多孔金属时，孔内介质（一般为空气）在声波作用下，产 导热性能 生振动引起声波射向孔壁表面，产生漫射而干涉消音。同时，孔内介质 在声波作用下发生压缩伸张变形，引起介质与孔壁之间摩擦，使声能转 化为热能，从而起到吸声、消音效能。如果声波能进入多孔金属内（通 孔），就会使其内部骨架振动而吸收声能，借机械运动将声能转换为热 能。
铸造法
化学反 应法
沉积法 烧结法
刘京雷,叶先勇,何元章,徐宏. 多孔金属材料制备方法的研究进展[A]. 材料导报A:综述篇,2013.
铸造法
铸造法是目前比较成熟的工业化生产多孔金属材料的方法。 铸造法适用于材料熔点相对较低的金属材质，主要有铝合金、 钢、铜、青铜、黄铜等，所制备的多孔金属孔隙度可达90%以 上。
根据其孔洞的连通性可分为闭孔和开孔二大类，前者是含有大量独立 存在的孔洞，后者是连续畅通的三维多孔结构。
三维闭孔材料
三维开孔材料
闭孔材料具有比重小，刚性和比强度好，吸振及吸音性能好等特点;开 孔材料除了具有上述特点之外，还具有渗透性、通气性好等特点。
田大容,柏凯,王扬,赵领晨,米娇娇,孙琦. 多孔金属材料制备工艺及展望[A].甘肃冶金,2014.
2.多孔金属结构特征与特性
孔径
孔径分为体孔径和面孔径。体 孔径是指孔的等效直径，但不 易直接测量；面孔径指截面上 孔的截面多边形的等效直径。
孔隙率
孔隙率为孔隙所占体积与总 体积之比。
结构特征
比表面积
比表面积指一定体积下的表面 积与其体积之比。多孔金属的 比表面积大约为10-40cm2/cm3。
气孔形状
耐热性能
由于多孔金属具有不同的结构特征，一般情况下闭孔多孔金属具有 吸音、隔声性能；而开孔多孔金属的吸声、消音性能更好。
散热性能
付全荣,张依鈖,段滋华,李煜. 多孔泡沫金属及其在化工设备中的应用[A].化工机械,2010.
电磁波屏蔽性能
效果更好。高频电磁场通过多孔泡沫金属时产生感应电势而形成感应涡 流，与原磁场反向的涡流磁场产生抵消作用，起到电磁屏蔽效果，屏蔽 作用远高于导电性涂料及导电性材料。
多孔金属在近几十年得到了广泛的关注并实现了快速的发展，在能源环 保、石油化工等领域得到了应用，可解决生产过程中液体、气体原料和贵重 资源的回收，产品的提纯净化等问题，推动了现代工业技术的进步。
王静,杨军,张建. 多孔金属材料制备技术研究进展[A]. 兵器材料科学与工程,2013.
多孔金属材料的类型
根据具体工艺不同，铸造法又分为直接吹气法、熔体发 泡法、渗流法、金属-气体定向共晶凝固法等。
刘京雷,叶先勇,何元章,徐宏. 多孔金属材料制备方法的研究进展[A]. 材料导报A:综述篇,2013.
骨骼及骨骼的显微照片
1.研究进展
1
密度小、孔隙率高、比表面 积大
优点
3
2
强度及韧性高、导电导热性好、 抗冲击能力强
能量吸收性好及特殊的传热 和声学等特点
多孔金属材料 是20世纪40年代发 展起来的一种新型 材料，由金属基体 和大量孔隙组成， 孔隙将金属相分割 成许多小单元，又 称为多孔泡沫金属， 具有与传统材料不 同的新型结构。
由于制备方法的不同，多孔金 属的气孔可分为球状、胞状、 多边形状和不规则形状等多种 形态。
卢天健,何德坪,陈常青,赵长颖,方岱宁,王晓林.超轻多孔金属材料的多功能特性及应用[A].力学进展,2006.
多孔金属的主要特性有：
热物 理性 能 渗透 性能 力学 性能
特性
电磁波 屏蔽性 能
能量 吸收 性能
耐热性能
多孔金属既可作为许多应用的结构材料，也可作为一些场合的功能 材料，而一般情况下它兼具功能和结构双重作用，是一种性能优异的多 功能工程材料。 散热性能
付全荣,张依鈖,段滋华,李煜. 多孔泡沫金属及其在化工设备中的应用[A].化工机械,2010.
3.多孔金属的制备方法
按照孔隙的产生方式，典型的制备方法主要分为：
付全荣,张依鈖,段滋华,李煜. 多孔泡沫金属及其在化工设备中的应用[A].化工机械,2010.
能量吸收性能
多孔金属的能量吸收性能表现出两种特性，即阻尼特性和抗冲击特性。
在交变应力作用下发生振动时，会造成内部的应力应变分布不均匀， 引起孔洞发生膨胀（缩小）和扭曲，产生膨胀能和畸变能，使能量损失， 耐热性能 因此多孔金属表现出良好的阻尼特性。
散热性能
当热量流经开孔多孔金属时，其巨大的比表面积使散布在其中的流体产生复杂的 三维流动，从而具有较高的散热能力。
力学性能
多孔金属的抗拉强度比较低，但是抗压强度和抗弯强度较高。 导热性能
耐热性能
散热性能
多孔金属在承受压 应力时其应力-应变曲线 上的塑性变形阶段(名义 应变在0.5%~75%范围)的 应力几乎恒定不变。它们 在变形时大量的能量被转 变为塑性能，并以热量形 式耗散。