粉末冶金多孔材料过滤材料
上千种粉末冶金材料化学成分
上千种粉末冶金材料化学成分
摘要：
一、粉末冶金材料概述
二、粉末冶金材料的分类
三、粉末冶金材料的应用领域
四、粉末冶金材料的发展趋势与前景
正文：
粉末冶金材料是一种以金属粉末或金属与非金属粉末的混合物为原料，通过成形和烧结等工艺制造的金属材料或复合材料。
粉末冶金材料因其独特的化学成分和物理、力学性能，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。
粉末冶金材料可以分为以下几类：
1.粉末冶金结构材料：这类材料能承受拉伸、压缩、扭曲等载荷，具有良好的力学性能。
包括烧结结构材料、粉末冶金高速钢等。
2.粉末冶金工模具材料：包括硬质合金、粉末冶金高速钢等。
这类材料具有较高的硬度、韧性和耐磨性，可用于制造切削刀具、模具和零件的坯件。
3.多孔粉末冶金材料：这类材料具有孔隙度可控的特点，如多孔过滤材料、多孔含油轴承等。
4.粉末冶金磁性材料：如铁氧体磁性材料、永磁合金等。
这类材料具有较高的磁性能，广泛应用于磁性器件、磁力矫治等领域。
5.粉末冶金功能材料：如电催化材料、导电材料、热管理材料等。
这类材料具有独特的功能特性，可在电子、能源等产业中发挥重要作用。
粉末冶金材料广泛应用于航空航天、汽车、摩托车、家电、能源、电子、通讯、仪器仪表等领域。
随着科技的进步和产业的发展，粉末冶金材料在新能源、节能减排、环保等领域将发挥越来越重要的作用。
过滤多孔板制作方式
过滤多孔板制作方式概述过滤多孔板是一种常用于分离固体与液体或气体的设备，广泛应用于水处理、化工、医药等领域。
过滤多孔板的制作方式对于其过滤效果和使用寿命都有重要影响。
本文将介绍多孔板的制作方式，以及目前常用的几种制作方法。
常用的过滤多孔板制作方法1. 烧结法烧结法是制作过滤多孔板的一种常用方法。
该方法使用粉末冶金工艺，将金属颗粒或陶瓷颗粒经过混合、压制、烧结等步骤制成多孔板。
制作步骤：1.准备原料：选择合适的金属或陶瓷颗粒作为原料，通常使用的金属有不锈钢、铝、铁等，陶瓷有氧化铝、二氧化硅等。
2.粉末制备：将原料颗粒研磨成细粉，通常使用球磨机进行研磨。
3.模具制作：根据需要的多孔板形状，制作相应的模具。
4.压制：将细粉装入模具中，进行压制。
通常采用等静压或等径向压制方法。
5.烧结：将压制好的多孔板放入烧结炉中进行烧结。
烧结过程中，颗粒之间发生颗粒间结合，形成坚固的多孔结构。
优点：•制作工艺简单，成本较低。
•可制作出孔径均匀、孔隙率高的多孔板。
缺点：•无法制作孔径小于颗粒直径的多孔板。
•烧结过程中可能产生变形、开裂等缺陷，影响多孔板的质量。
2. 喷射法喷射法是另一种制作过滤多孔板的常用方法。
该方法利用高速气流或液流冲刷物料表面，以形成多孔板。
制作步骤：1.准备原料：选择合适的材料，通常使用金属或陶瓷颗粒。
2.喷射设备：使用适当的设备，如压缩空气喷枪或喷水枪。
3.喷射过程：将物料置于喷射设备前，利用高速气流或液流将物料表面冲刷，使其逐渐形成多孔板。
优点：•制作过程简单，无需额外的压制或烧结步骤。
•可以制作出孔径较小且分布均匀的多孔板。
缺点：•多孔板的孔隙率较低，过滤效果可能较差。
•制作过程中可能产生颗粒磨损，影响多孔板的质量。
3. 膜法膜法是一种常用于制作微孔过滤多孔板的方法。
通过利用膜技术，将多孔膜材料制作成多孔板。
制作步骤：1.准备原料：选择合适的多孔膜材料，如聚丙烯、聚酯等。
2.溶液制备：将聚合物溶液制备成薄膜溶液。
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%。
粉末材料的孔隙度特性知识讲解
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。
一、粉末材料孔隙度和孔径的测定
• 孔隙度和密度是粉末冶金材料的基本特性，孔 隙度和密度的测定是控制粉末冶金材料质量的 主要方法之一。
• 对于致密材料，可直接将试样放在水中称重， 其残留孔隙度也可以采用显微镜法进行定量估 算。
• 对于具有开孔隙的材料，用液体静力学法称量 时，为了不让液体介质进入孔隙，可浸渍熔融 石蜡、石蜡泵油、无水乙醇液体石蜡、油、二 甲苯和苯甲醇等物质，或者涂覆硅树脂汽油溶 液、透明胶溶液和凡士林等物质，使烧结体的 开孔隙饱和或堵塞。
粉末材料的孔隙度特性
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。
孔隙直径：
汞压入法测定多孔材料孔径分布的方法如下：将 试样置于膨胀计中，并放入充汞装置内，在真空 条件下下，向膨胀计充汞，浸没试样。压入多孔 体的汞量是以与试样部分相联结的膨胀计毛细管 内汞柱的高度变化来表示的。当对汞所施的附加 压强低于大气压强时，向充汞装置中导入大气， 从而使膨胀计中的汞，对于多孔镍来说，获得可 测大于1.22μm以上的孔径所需的压强。
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
低密度零件，形状可以复杂些，精度要求可以 高些；制取高密度零件时，形状和精度要求就 要受到限制
压坯中心与压力中心要求尽量重合
导致的问题：
会产生额外的弯矩，加剧导柱磨耗； 模冲配合不对称等
压机的选择
压机的选择：
1，考虑总的压制压力； 2，考虑脱模的压力； 3，考虑压机的行程； 4，其它因素：压制方式，脱模方式， 装粉方式，工作台面尺寸，生产效率， 以及安全装置等等。
3，川北公式，在低压下，对软、硬粉适用。
4，黄培云公式（双对数方程），适用范围比 较广，与实验结果较接尽。
脱模压力的计算
压坯密度分布与压制方式的关系
密度测量直观方法：分层法
ห้องสมุดไป่ตู้
密度测量直观方法：分层法
结论：
双向压 制可以 有效改 善压坯 密度的 分布
选择压制方式的依据
单向压制：当柱状 压坯S侧/ S〈K或圆柱体压坯高 径比H/D<K/4 时，采用单向压制可以满足压坯密度 分布均匀的要求（巴尔申公式）
摩擦芯杆压制：对柱状带孔压坯，
当（S侧阴+S侧芯）/S〈K或圆筒形压坯h/T<K/2时， 可采用单向压制；(h:高；T:壁厚）
当（S侧阴+S侧芯）/S>K时，如果（S侧阴+S侧芯） /2〈 S侧阴-S侧芯，可采用双向压制； （S侧阴+S侧 芯）/2〉 S侧阴-S侧芯，或圆筒压坯D内> T，需要采 用摩擦芯杆压制。
圆柱体压坯：
•高径比H/D≤1或者高壁厚比H/T ≤3:单向压制 和单向压模；
•H/D>1或者3< H/T ≤4:双向压制和双向压模；
•4< H/T ≤6：采用压制时芯杆和阴模能相对移 动的压模；
日立金属公司开发的一种粉末冶金制过滤材料获美国专利
细粉末的反应,在280℃很低温度下就可以进行。
本研究得到的还原铁粉粒度稍细于氧化铁粉末粒度,几乎是随氧化铁粉粒度等比例的下降而下降。
这表明在还原过程中还原充分的铁粉不增粗反而细化。
因为整个反应是在很低的温度下进行,所以没有发生还原铁粉严重聚集长大的情况。
而且氧化铁铁粉在被氢气还原的过程中,氧元素不断地和氢气发生反应,生成的气体水分子产物要从氧化铁体中排出。
通常气体只能通过颗粒中的孔隙和裂纹排除体外,然而生成的铁粉外壳比较致密,没有更多的通道让气体排除,积聚的气体将会发生膨胀,通过增加压力冲出一条通道路排出体外,结果使粉末颗粒破碎而细化。
4 结 论本文主要以高能球磨方法将粒度范围在25～100μm 之间的氧化铁粉末破碎,通过改变球磨的时间得到不同粒度的超细氧化铁粉末,然后用氢气将此粉末还原得到超细铁粉,以此来研究超细氧化铁粉的还原特性、还原机理和制取超细铁粉的工艺技术。
研究中测定了球磨后的氧化铁粉末粒度和粒度分布,并进行了形貌分析;对还原之后的铁粉也进行粒度和粒度分布的分析,观察还原铁粉的形貌,测试了还原铁粉的含氧量;计算得到氧化铁粉末的还原率,找出粒度、粒度分布、还原温度和时间、还原率和各个参数之间的关系,分析了各个参数之间的相互影响。
主要结论有如下几点:(1)高能球磨是一种很有效的细化氧化铁粉末的机械破碎方法,可以通过调节球磨时间和转速来得到不同粒度的粉末。
在球磨96h 、转速200r/m i n 的条件下,可将20～100μm 氧化铁粉破碎至0135μm 。
(2)超细氧化铁粉的比表面积大,活性强,可在比普通铁粉低得多的温度下还原。
0135μm 的氧化铁粉在280℃经3min 的还原率可达5113%,在400℃经20mi n 还原率可达9711%,几乎完全还原。
既缩短了反应时间,又降低了还原温度,极大地节省了反应过程的能耗和生产成本。
(3)低温还原不会发生铁粉团聚、结块长大,因此还原铁粉不仅不长大,而且粒度稍细于氧化铁粉的粒度。
浅谈金属多孔材料的制备方法与应用
浅谈金属多孔材料的制备方法与应用关键词：功能机构；金属加工；多孔材料文献标识码：A文章编号：1671-7597(2011)0120144-01多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。
由于多孔材料具有相对密度低、比强度高、比表面积大、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点，其应用范围远远超过单一功能的材料。
近年来金属多孔材料的开发和应用日益受到人们的关注。
从20世纪中叶开始，世界各国竞相投入到多孔金属材料的研究与开发之中，并相继提出了各种不同的制备工艺。
1 金属多孔材料的制备工艺1.1 粉末冶金(PM)法。
该方法的原理是将一种或多种金属粉末按一定的配比混合均匀后，在一定的压力下压制成粉末压坯。
将成形坯在烧结炉中进行烧结，制得具有一定孔隙度的多孔金属材料。
或不进行成形压制的步骤，直接将粉末松装于模具内进行无压烧结，即粉末松装烧结法。
1.2 纤维烧结法。
纤维烧结法与粉末冶金法基本类似。
用金属纤维代替金属粉末颗粒，选取一定几何分布的金属纤维混合均匀，分布成纤维毡，随后在惰性气氛或还原性气氛中烧结制各金属纤维材料。
该方法制各的金属多孔材料孔隙度可在很大范围内调整。
1.3 发泡法。
1)直接吹气法。
对于制备泡沫金属，直接吹气法是一种简便、快速且低耗能的方法。
2)金属氢化物分解发泡法。
这种方法是在熔融的金属液中加入发泡剂(金属氢化物粉末)，氢化物被加热后分解出H2，并且发生体积膨胀，使得液体金属发泡，冷却后得到泡沫金属材料。
3)粉末发泡法。
该方法的基本工艺是将金属与发泡剂按一定的比例混合均匀，然后在一定的压力下压制成形。
将成形坯经过进一步加工，如轧制、模锻等，使之成为半成品，然后将半成品放入一定的钢模中加热，使得发泡剂分解放出气体发泡，最后得到多孔泡沫金属材料。
1.4 自蔓延合成法。
自蔓延高温合成法是一种利用原材料组分之间化学反应的强烈放热，在维持自身反应继续进行的同时产生大量孔隙的材料合成方法。
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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
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
气-固分离
•
气-固分离主要用于工业尾气的过滤， 其环境特点是温度高、腐蚀性强，应用元 件主要有多孔体和多孔膜。日本开发出孔 隙率为85%的三维网状Ni-Cr-Al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,适于柴油机的排气过滤材 料,大大减少环境污染。
气-气分离
• 气气分离对多孔金属过滤材料的孔径要求较高， 当孔径等于或小于气体分子的平均自由程时才可以 实现气气分离。所以要求孔径在纳米级，采用镍制 备的过滤材料可用于六氟化铀蒸汽的热扩散分离。 过滤系统通过多层过滤片多级分离，可逐步浓缩分 离同位素U235U238从而达到浓缩U235的目的，现阶段可 以制备出的不同材料和结构的气气多孔过滤材料， 平均孔径在10nm左右，厚度在几时微米之间，如镍、 钼、钨等。
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、可在较大PH值范围内使 用 3:机械强度大、精度高、 易再生、寿命长。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。
• • • • • • 低相对密度 高比强度 高比表面积 优良的透过性能 可有效地吸收、传播能量 具有较好的机械加工性
多合于制备多种过滤 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；