多孔金属材料制备技术及基本原理研究
《ZIF-9金属有机骨架材料衍生多孔碳材料的制备及其在锂硫电池中的应用》范文
《ZIF-9金属有机骨架材料衍生多孔碳材料的制备及其在锂硫电池中的应用》篇一一、引言随着能源需求的增长和环境保护意识的提高，开发高效、环保的能源存储技术已成为研究的热点。
锂硫（Li-S）电池因具有高能量密度、低自放电率和环保性等优点，而成为下一代电池的重要候选者。
然而，Li-S电池的商业化进程仍面临许多挑战，如硫正极的导电性差、充放电过程中体积效应和穿梭效应等。
针对这些问题，研究者们正积极寻找改善方法，其中之一就是利用多孔碳材料作为硫的载体。
本文将详细介绍ZIF-9金属有机骨架材料衍生多孔碳材料的制备方法及其在Li-S电池中的应用。
二、ZIF-9金属有机骨架材料衍生多孔碳材料的制备1. 合成过程首先，需要合成ZIF-9金属有机骨架材料。
ZIF-9是一种由锌离子和有机配体组成的金属有机骨架（MOF）材料，具有高度多孔的结构和良好的化学稳定性。
合成过程中，将锌盐和有机配体在适当的溶剂中混合，通过调节pH值和温度等条件，使二者发生配位反应，生成ZIF-9。
然后，通过热解ZIF-9来制备多孔碳材料。
将ZIF-9在惰性气氛下进行高温热解，使有机配体发生热解反应，生成多孔碳材料。
在热解过程中，金属锌作为模板被蒸发，从而在碳材料中留下丰富的孔隙。
2. 制备工艺参数优化为了获得最佳的多孔碳材料，需要优化制备过程中的工艺参数。
例如，热解温度、热解时间和气氛等都会影响碳材料的结构和性能。
通过调整这些参数，可以获得具有不同孔径分布、比表面积和电导率的碳材料。
三、多孔碳材料在锂硫电池中的应用1. 硫的负载与复合将硫负载在多孔碳材料上，可以有效地提高硫的导电性和利用率。
通过控制硫的负载量、粒径和分布等参数，可以优化硫正极的性能。
同时，多孔碳材料还可以缓解硫在充放电过程中的体积效应，提高电池的循环稳定性。
2. 电池性能分析将负载了硫的多孔碳材料作为正极，与锂金属负极配对，组装成Li-S电池。
通过测试电池的充放电性能、循环稳定性和倍率性能等指标，可以评估多孔碳材料在Li-S电池中的应用效果。
多孔材料的表征及其分析
多孔材料孔结构的表征分析摘要:多孔材料的研究已成为当今材料科学研究领域的一大热点，而多孔材料的研究离不开结构表征分析。
多孔材料的表征常用X射线小角度衍射法、气体吸附法、电子显微镜观察法等。
重点介绍了这些表征方法对多孔材料的孔道有序性、孔形态、比表面积和孔体积及孔径等的表征分析应用，最后简单介绍了孔结构表征的新方法。
关键词: 多孔材料应用特性孔结构表征分析法1.引言近年来多孔材料的开发和应用日益受到人们的关注。
不仅发展非常迅速,种类也很多,如多孔聚合物、多孔陶瓷、泡沫塑料、多孔金属材料等。
这些材料具有一些共同的特点:密度小, 孔隙率高, 比表面积大。
由于它们所具有的特殊结构及性能, 使得它们备受关注。
多孔材料在很多领域都得到了应用, 如过滤器、流体分离装置、多孔电极、催化剂载体、火焰捕集器、建筑用隔音材料、水下潜艇消音器、宇航结构层压面板、汽车缓冲挡板等, 遍及化工、电化学、建筑、军工及航天等领域。
由于使用目的不同，对材料的性能要求各异，需要不同的制备技术，因此，制备出的多孔材料种类很多，形态也很多，如多孔陶瓷的形态可以为粒状、圆柱状、孔管状以及蜂窝状等。
2.多孔材料的一般特性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。
具体来说，多孔材料一般有如下特性:2．1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，据测算。
如果将现在的飞机改用多孔材料，在同等性能条件下．飞机重量减小到原来的一半。
应用多孔材料另一机械性能的改变是冲击韧性的提高，应用于汽车工业能有效降低交通事故对乘客的创造伤害。
2．2选择渗透性由于目前人们已经能制造出规则孔型而且排列规律的多孔材料，并且，孔的尺寸和方向已经可以控制。
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。
2．3选择吸附性由于每种气体或液体分子的直径不同。
模板技术制备多孔碳材料及其应用研究
以降低成本和减小环境影响；此外可以进一步探索纳米多孔碳材料的新应用 领域，如能源储存、环境治理、催化剂载体等。
结论本次演示对MOFs作为牺牲模板制备纳米多孔碳材料的方法及其应用进行 了详细的探讨。通过分析相关研究成果和实验数据，我们发现该方法具有优异的 特点和广泛的应用前景。然而，仍存在一些问题和挑战，如MOFs的合成和分解成 本较高、热解过程中可能产生有害气体等。因此，未来需要进一步探索新的制备 技术和方法，以降低成本和减小环境影响，同时拓展纳米多孔碳材料的应用领域。
参考内容
引言
纳米多孔碳材料因其独特的结构和优异的性能，如高比表面积、良好的导电 性和化学稳定性等，在能源存储、环境治理、催化剂载体等领域具有广泛的应用 前景。近年来，通过采用具有特定结构和功能的MOFs作为牺牲模板制备纳米多孔 碳材料的方法引起了研究者的极大兴趣。
MOFs是一种具有高度有序孔道结构的晶体材料，可以通过调控制备条件，实 现纳米多孔碳材料结构和性能的精确调控。本次演示将重点探讨MOFs作为牺牲模 板制备纳米多孔碳材料的方法及其应用，以期为相关领域的研究提供有益的参考。
多孔材料在各领域都有广泛的应用，特别是在纳米科学和技术领域。多孔材 料的特点在于其高度发达的孔隙结构，这使得它们能够提供极大的比表面积和吸 附能力。其中，多孔氧化铝模板在制备纳米材料中具有特别重要的地位。
多孔氧化铝模板的制备
多孔氧化铝模板的制备通常包括铝盐的溶解、氧化铝的合成、模板的构造等 步骤。其中，模板的构造是整个制备过程中的关键环节，它可以形成具有特定形 态、大小和分布的多孔结构。这个过程通常需要精确的控制，包括溶液的pH值、 温度、反应时间等因素。
3、环境污染治理
多孔碳材料在环境污染治理领域也表现出良好的应用前景。由于其具有较大 的比表面积和良好的吸附性能，多孔碳材料可以用于吸附和去除水体和空气中的 有害物质。例如，多孔碳材料可以用于水体中重金属离子的吸附和去除，以及空 气中的有害气体如硫化物和氮氧化物的吸附和转化等。
多孔石墨烯技术调研及研发方案
多孔石墨烯制备技术调研1.光蚀刻法利用高能的电子束、离子束或光子束轰击石墨烯片层，把碳原子从晶格中轰击出来，形成孔洞缺陷的方法。
缺点：操作成本高，高能粒子会破坏周围碳原子的排列，影响其对导电离子的运输能力。
有研究将石墨粉在异丙醇里超声处理48h，然后离心去上层清液在微珊上自然晾干，通过扫描电子显微镜对石墨烯进行蚀刻，可在石墨烯表面形成直径小于10nm的孔。
其中：1.常规石墨烯造孔条件苛刻（高温、高压、催化剂）且常涉及强氧化剂（HNO 3和KMnO 4），后续处理仍高温退火或还原剂（N 2H 4、H 2、NH 3、NaBH 4等），制备效率低下，且对环境造成严重污染。
2.制备一种硼氮共掺杂多孔石墨烯的制备方法，水蒸气的弱氧化性对孔边缘进行功能化修饰，从而制备多孔石墨烯，可实现精准的孔调控和规模化制备。
丰富的纳米孔结构能够提供大量活性位点，促进B、N双原子掺杂的同时提高电解液离子（H +/SO 42-）和溶解小分子（N 2/NH 3）的传递，从而制备出高效的硼氮掺杂多孔石墨烯催化剂用于N 2 还原催化。
3.国家纳米科学中心的韩宝航研究员课题组将石墨烯氧化物和金属氧酸盐或多金属氧酸盐在高温条件下产生石墨烯与金属氧化物纳米颗粒，两者之间发生类似于焦炭高炉炼铁过程中的碳热还原反应，金属氧化物被石墨烯上的碳还原成金属或形成金属碳化物，而参与碳热还原反应的碳原子以二氧化碳或一氧化碳形式离开石墨烯片层，从而在石墨烯片层上刻蚀出纳米级的孔隙，即形成多孔石墨烯2.碳热还原法将氧化石墨烯中的碳作为还原剂，还原金属氧化物的到金属单质，而碳原子被蚀刻。
参考文献：1.KOH高温蚀刻方案：石墨烯+KOH溶液，室温下磁力搅拌12h，并静置24h，抽滤得到滤渣，高温氩气环境下800℃1h处理，再用HCL（3%）溶液和蒸馏水洗涤多次，干燥，得到多孔石墨烯------引自《多孔石墨烯的制备及其吸附性能》，2014年2.使用KOH活化微波剥离石墨烯，通过控制活化温度控制孔隙结构的形成，其中，400℃左右为活化初始阶段温度，氧化还原反应开始蚀刻石墨烯片层，石墨烯片层上开始产生纳米尺寸的孔洞和缺陷，温度＞550℃，大量反应产生的孔洞相互连接，逐渐过渡形成三维孔道结构，当温度到800℃时，片状石墨烯已经被完全重构成三维多孔碳材料。
冶金工程中的金属材料制备与处理
冶金工程中的金属材料制备与处理冶金工程是研究和应用金属材料的学科，涉及金属材料的制备、加工以及性能改善等方面。
金属材料是冶金工程中的核心，其制备与处理技术的发展对于现代工业的进步有着重要意义。
本文将从金属材料制备的基本原理，常见的制备方法，以及处理技术等方面进行论述。
一、金属材料制备的基本原理金属材料制备过程中的基本原理主要包括金属的途径形成和结晶行为。
金属的形成途径有两种，一种是地质过程，如矿石的形成；另一种是冶金过程，如金属的提取和冶炼。
金属在固态状态下具有晶体结构，通过加热和冷却等方式可以控制其晶体形貌和晶粒尺寸。
二、金属材料制备的常见方法1. 粉末冶金法：粉末冶金法是将金属或合金粉末压制成型，再进行烧结或热处理的一种制备方法。
其优点是可以得到具有高纯度和均匀组织的材料。
粉末冶金法广泛应用于金属粉末冶金制品、金属陶瓷制品和各种复合材料的制备。
2. 液相冶金法：液相冶金法是指将金属或合金在液态下进行熔化和制备的方法。
常见的液相冶金法有熔模铸造法、凝固锭法等。
这些方法可以制备大型和复杂形状的金属制品。
三、金属材料的处理技术金属材料制备完成后，还需要进行一系列的处理技术以改善其性能和使用价值。
常见的处理技术有热处理、表面处理和变形处理等。
1. 热处理：热处理是通过控制金属材料的加热和冷却过程，改变其组织结构和性能的一种方法。
常见的热处理方法包括退火、淬火、回火等。
热处理可以提高金属的硬度、强度和耐腐蚀性能。
2. 表面处理：表面处理是指对金属材料表面进行物理、化学或机械上的处理，以改变其表面特性的方法。
常见的表面处理方法有电镀、喷涂、陶瓷涂层等。
表面处理可以提高金属的耐磨性、耐腐蚀性和装饰性。
3. 变形处理：变形处理是通过塑性变形改变金属材料的组织结构和性能。
常见的变形处理方法有压力加工、轧制、拉伸等。
变形处理可以提高金属的强度、韧性和塑性。
综上所述，冶金工程中的金属材料制备与处理是冶金学的重要内容。
泡沫金属的制备及其在航空航天领域的应用研究
泡沫金属的制备及其在航空航天领域的应用研究泡沫金属是由金属膜片之间的空隙组成的一种多孔材料，具有低密度、高强度和优异的吸能性能。
因此，泡沫金属已经成为航空航天领域中的重要材料之一。
本文将介绍泡沫金属的制备方法和在航空航天领域的应用研究进展。
一、泡沫金属的制备方法泡沫金属制备的基本原理是用脱模剂将预制的金属膜片分隔开来，并在其表面形成底部保护层。
然后，通过各种方法加入金属的孔道，形成连通的泡沫状结构。
常用的泡沫金属制备方法有以下几种：1. 模板法：模板法是通过将金属液浸渍在导电或非导电模板中，通过氧化、还原或电解反应，将纳米、微米或毫米级金属颗粒均匀沉积到模板孔洞中，然后再通过退火、烧结或溶解模板的方式获得泡沫金属。
2. 溶液法：溶液法是将金属盐溶解在有机或无机溶剂中，再加入还原剂或沉淀剂，使金属离子还原成原始金属，并在待反应的工艺条件下形成泡沫金属。
3. 反渗透法：反渗透法是将金属膜片置于内部受到压缩气体的反渗透区域内，然后将水分子透过膜片发生膨胀，其气泡成为抗剪切的靠拢和相互支撑的力，最终形成多孔泡沫金属。
以上方法各有其特点，对于不同金属材料，选择不同的制备方法具有一定的优劣之处。
例如，模板法相对简单，控制精确度高，但仅适用于制备薄壁泡沫金属；溶液法制备速度快，成品密度低，但安全性有待提高。
二、泡沫金属在航空航天领域的应用研究进展1. 引擎隔板泡沫金属具有低密度和高强度等特性，已广泛用于航空发动机的隔板。
其可阻隔来自不同部位的工作介质，拥有优异的隔音和隔热效果，还可热回收，降低燃料消耗量和减少工作环境污染。
2. 飞行器结构泡沫金属还可用于航空器结构的轻量化设计中，如飞机梁、机翼材料和飞行器隔板等部位。
采用泡沫金属制造的轻量化飞机构件，可以降低金属消耗，提高载荷能力，减轻飞机自重负担。
3. 航天器外壳泡沫金属还可用于航天器热控制外壳。
由于泡沫金属具有良好的吸热能力和隔热能力，因此可将热传递限制在特定区域，避免航天器表面温度过高或过低，提高航天器的使用寿命。
金属多孔材料的研究现状与发展前景
金属多孔材料的研究现状与发展前景摘要：介绍了金属多孔材料的制备方法、应用、发展方向以及前景。
关键字：金属多孔材料；制备方法；应用1 引言金属多孔材料是一类具有明显孔隙特征的金属材料(孔隙率可达98%)，由于孔隙的存在而呈现出一系列有别于金属致密材料的特殊功能，广泛应用于冶金机械、石油化工、能源环保、国防军工、核技术和生物制药等工业过程中的过滤分离、流体渗透与分布控制、流态化、高效燃烧、强化传质传热、阻燃防爆等，是上述工业实现技术突破的关键材料。
近年来金属多孔材料的开发和应用日益受到人们的关注。
金属多孔(泡沫金属)材料是20世纪80年代后期国际上迅速发展起来的，是由刚性骨架和内部的孔洞组成，具有优异的物理特性和良好的机械性能的新型工程材料。
它具备的优异物理性能，如密度小、刚度大、比表面积大、吸能减振性能好、消音降噪效果好、电磁屏蔽性能高，使其应用领域已扩展到航空、电子、医用材料及生物化学领域等。
通孔的金属多孔材料还具有换热散热能力强、渗透性好、热导率高等优点；而闭孔金属多孔材料的物理特性则与通孔的相反。
为了得到不同性能的多孔金属，各种制备方法被相继提出，如直接发泡法，精密铸造法，气泡法，烧结法和电沉积法等[1,2]。
2 金属多孔材料制备方法2.1 从液态(熔融)金属开始制备2.1.1熔体发泡法在一定的条件下金属熔体中可生成气泡，并且一般情况下多数气泡由于浮力作用会迅速上升到液体表面而溢出。
为了使更多气泡留在熔体中，可在其中加入增粘剂来阻碍气泡的上浮。
19世纪60至70年代，人们就已经尝试用这种方法制备铝、镁、锌及其合金的泡沫材料。
过去的10年中，又涌现出了大量的新思路、新工艺，其中有两种熔体发泡工艺特别具有发展前景：其一是直接将气体通入金属熔体中，其二是将发泡剂加入熔体中，发泡剂分解释放大量气体[3]。
①直接吹气法：首先在熔融的金属中加入增粘剂以防止气泡从熔体中逸出。
随后，采用旋转浆或振动的喷嘴将发泡气体(空气、氮气、二氧化碳、氩气等)通入熔体中，旋转浆或喷嘴的作用是在熔体中产生足够多的优良气泡并使他们分布均匀。
多孔材料
气体吸附法
在恒温下，将作为吸附质 的气体分压从0.01-1atm逐 步升高，测出多孔试样对 其相应的吸附量，由吸附 量对分压作图，可得到多 孔体的吸附等温线；反之， 测定相应的脱附量，由脱 附量对分压作图，则可得 到对应的脱附等温线 。试 样的孔隙体积由气体吸附 质在沸点温度下的吸附量 计算。 根据开尔文方程，孔隙半 径可表示为：
在航天、建筑业、铁道业、造船业等领域的应 用也都是利用多孔金属的以上种种优点； 除了上述工程应用外，多孔金属材料还有另外 一些用途，如以金、银为基体的泡沫金属具有 美丽的外观，可考虑作为潜在的新型轻质珠宝 饰物；泡沫铝用来制造奇特的家具、时钟和灯 具等。
多孔金属的制备
从20世纪初人类开始用粉末冶金方法制备多孔 金属材料算起，多孔金属的制造史已近百年。 所得产品的孔率从原来的百分之十几、二十几 到现在的可达98%以上的高孔率。 目前，已有很多制备多孔金属的工艺方法，其 中有的类似于液态发泡技术，有的是利用金属 特性（如烧结活性或电沉积等）的特殊制备方 法。
多孔金属材料
相对于致密金属材料，多孔金属具有许多优良特性， 如密度小、比表面积大、能量吸收性好、热导率低、 换热散热能力高、吸声性和好、隔音性佳、透过性优、 电磁波吸收性好、阻火、抗热震等。 常用多孔金属材料的材质有青铜、镍、钛、铝、不锈 钢，以及其他金属和合金。在所有多孔金属中受到特 别重视的是泡沫铝。 在许多应用中，都需要液体或气体等介质能够通过多 孔材料。尤其是在高速流体流过的情况下，更应有一 个极高的开孔率。而承受载荷的结构材料则大多要求 是闭孔材料。
ρ∗ θ = (1 − ρ r ) × 100% = (1 − ) × 100% ρs
孔率的测定
1 显微分析法：由显微镜观测出截面的总面积 S0 ，和SP， 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：
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多孔金属材料制备技术及基本原理研究
摘要:本文基于笔者多年从事金属材料的相关研究,以多孔金属材料为研究对象,探讨了多孔金属材料各种制备技术方法及其基本原理,分析了国内外相关研究现状,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词:多孔金属材料制备原理方法
1 引言
多孔金属材料(Cellular metals)是一个统称,即各种形貌的孔洞分布于金属基体中,将金属相分割成为小单元。
它是20世纪80年代后期国际上迅速发展起来的一种具有优异物理特性和良好力学性能的新型工程材料,在一些高端技术领域获得了广泛的应用。
多孔金属材料具有密度小、刚度大、比表面积大、吸能减震性能好、消音降噪效果好、电磁屏蔽性能高等优异的物理性能,目前应用于催化剂以及催化剂载体、高温液体过滤器、热交换器等功能材料方面;也可作为结构材料应用于航空、建筑等领域。
为适应更多领域的应用需要,多孔金属领域的研究热点已由制备传统高孔隙率、大孔径(>1mm)、多面体孔形貌的多孔金属材料转为制备球形孔低孔隙率金属泡沫、小孔径高孔隙率金属泡沫或小孔径低孔隙率金属泡沫。
2 典型多孔金属材料及其制备方法
自1948年美国的Soknik在铝中加入汞成功制备泡沫铝以来,多孔金属材料得到了广泛的研究,其制备方法可根据以下不同方式进行分类:按产生气孔时金属状态分为液相法和固相法;按采用工艺分为铸造法、发泡法、沉积法、烧结法;按制备步骤分为一步法和两步法等。
2.1 直接吹气法
直接吹气法是通过吹气装置将气体从底部吹入熔体,产生的气泡上浮并聚集形成泡沫,传送带运输液态金属泡沫并使其冷却成为泡沫产品。
其关键技术是发泡温度区间足够宽、金属熔体粘度合适,提高泡沫稳定性,保证收集与成型过程中不破碎。
2005年韩国庆尚国立大学申请了使用该方法连续制造泡沫铝的国际专利。
DemetriouMD通过吹入水蒸气成功制备出Pd Cu Ni P非晶态泡沫金属。
Takeshi Wada通过吹入氦气,结合粉末法与等温退火处理工艺,成功制备出了Zr-Cu-Al-Ag非晶态泡沫材料;在制备过程中预制块自身孔隙率达到7％,横断面气孔分布均匀,纵断面增加保温时间气孔集中于顶部,经研究其最佳保温时间为2min,再将预制块在玻璃转变温度和结晶温度区间进行等温退火处理,使得泡沫金属材料的孔隙率提高至70％。
2.2 熔体发泡法
熔体发泡法制备多孔金属包括熔化合金锭、熔体增粘、加入发泡剂搅拌、保温发泡、冷却等工艺流程。
其关键技术是熔体粘度控制、选择与合金熔点温度相匹配的发泡剂、均匀分散添加剂等。
目前使用
的增粘剂有金属Ca粉、粉煤灰、SiC颗粒、MnO2、Al2O3颗粒、Al粉等;发泡剂有TiH2、ZrH2等金属氢化物,CaCO3、MgCO3、CaMg(CO3)2等盐类发泡剂,及具有增粘作用的新型发泡剂等。
目前韩国泡沫金属产业化过程中涌现出Anyfoam、Foamtech等知名的泡沫铝材料制造公司,加上庆尚国立大学在泡沫金属理论和实践两方面做出的杰出工作,使得泡沫金属在韩国的多项领域已经得到十分广泛的应用。
国内中南大学、中国科学院、东北大学、昆明理工大学、吉林大学等许多科研机构都在从事多孔金属材料的制备及理论研究。
2.3 两步法
传统意义上两步法属于熔体发泡法,包括制备预制块和加热发泡预制块两步骤。
根据预制块原材料可分为Formgrip和TSF两种工艺:前者第一步是向Al-9Si/SiC复合熔体中添加经预处理的TiH2粉末制备预制块,后者第一步是向铝合金熔体中添加金属钙粉和未处理TiH2制备预制块;第二步都将预制块加热至固相线以上温度保温发泡,发泡
前可对预制块进行前期处理。
其关键技术是控制预制块制备过程中仅有少量发泡剂分解。
中南大学研制的新型发泡剂分解温度范围宽、分解过程缓慢、分解气体与熔体反应生成的连续氧化膜对气泡稳定有着重要作用,最适合于该方法制备泡沫金属。
非传统意义上Formgrip方法、TSF方法、粉末冶金法都属于两步法范畴,可用于制备异型件,但前两种方法预制块是通过熔体路径,后者是通过固态路径制备而成的。
2.4 渗流铸造法
渗流法就是将金属液渗入装有耐高温且可去除颗粒的铸模中,然后去除颗粒产生三维网络互相连通的多孔金属。
由于大多数金属的表面张力较大,在重力作用下很难完全填充颗粒间隙,出现了压力渗流法、真空渗流法及将造孔剂抽真空然后加压渗流等新工艺。
王海滨等采用该方法成功制备出了通孔泡沫锌铝合金,再对该多孔材料浸渗松香和石蜡提高阻尼性能;南昌航空工业学院曹国兵等采用MgSO4代替NaCl颗粒作为填料,镁基体被腐蚀程度明显降低,孔隙率一般不超过80％,孔径由颗粒大小决定。
2.5 熔模铸造法
熔模铸造法是将高熔点液态材料充入海绵状泡沫塑料孔隙中固化,整体加热使塑料组分蒸发,得到海绵孔隙模型,然后再将液态金属浇入铸型中冷却和凝固,去除高熔点材料,最终得到海绵状多孔金属。
高熔点材料一般为莫来石、酚醛树脂、碳酸钙或石膏的混合物。
美国ERG公司已实现产业化,其泡沫产品名为Duocel;日本Y.Yamada等采用石膏作为填充材料制备通孔泡沫金属SG91A Al和AZ91Mg。
该方法制备多孔金属的孔隙率为80％～97％,如果有合适的预制体材料可适合于任何可铸合金,但该工艺的产量较低、成本较高。
2.6 空心球金属泡沫法
1987年Gardner向金属熔体中加入空心球、强力搅拌、冷却至一定粘度后浇注得到空心球金属泡沫。
目前为提高空心球的加入量以及金属液和空心球之间的结合,采用与渗流铸造类似的工艺,但两者也存在本质区别:渗流法是采用可去除粒子制备开孔金属泡沫材料;空心球金属泡沫法是以轻质耐高温空心粒子为孔隙制备金属/中空球闭孔复合泡沫金属材料。
A.Daoud等制备ZC63-粉煤灰空心球闭孔镁基泡沫复合材料,空心球在基体中分布较均匀且润湿性也较好。
王叶广等成功制备Ni基高温合金空心球多孔材料。
2.7 粉末法
粉末法是将金属粉末与添加剂均匀混合压制成预制体,再加热或烧结预制体得到泡沫金属。
预制块的制备方法主要有冷压法、热压法、挤压法、热轧法等,为了提高预制块的塑性,热压前进行烧结。
添加发泡剂,使预制块受热膨胀得到闭孔泡沫材料属于粉末冶金法,发泡阶段处于液态;添加造孔剂,除去预制块中造孔剂,烧结得到开孔泡沫材料
属于粉末造孔剂法,整个过程处于固态。
Francisco Garcia-Moreno等采用高压粉末自生气泡使预制块膨胀的非传统粉末冶金法制备泡沫铝,随着施加压力增大,孔径也增大;L.E.G.Cambronero等成功制备泡沫铝-镁-硅合金;高洪吾等采用浸入式提高预制块加热速度制备泡沫铝;高芝等冷压法制备预制块成功制备铁基泡沫;Andree Irretier等成功制备泡沫铅;C.E.Wen、Niu Wenjuan等采用粉末造孔剂法成功制备多孔钛和多孔镁;B.P.Neville,A.Rabiei等粉末冶金法制备不锈钢中空球增强泡沫钢复合材料。
另外,粉末法还包括粉末浆料烧结法、中空球烧结法、散粉烧结法、纤维冶金法等。
2.8 电沉积法
电沉积法是用化学沉积法使高孔隙三维网状结构高分子材料金属化,采用电镀工艺在其骨架表面镀覆一层金属,再经焙烧除去内部的高分子材料,制得发泡金属。
加拿大Inco公司已实现产业化,其产品名即为Inco;国内王延辉等成功制备孔隙率大于98％、结构均匀的泡沫银。
该方法制备的泡沫金属孔隙率高、性能优越、外观漂亮,广泛应用于功能材料方面,其制备工艺相对复杂,成本较高,在部分尖端领域有应用。
2.9 重复轧制结合法(ARB)
重复轧制结合法(Accumulative Roll-Bonding)是将发泡剂粉末均匀分散于金属夹层板中,通过轧制使板材厚度减半,将该板切割成两部
分,表面处理后叠放在一起,重复上述操作,数次后得到含有发泡剂粉末的复合体。
将由该复合体制成的预制体加热发泡,从而制备泡沫金属,该方法属于塑性变形过程。
日本Koichi Kitazono等成功制备Al-Mg 合金泡沫金属。
白色为发泡剂,黑色为夹层板,经过6次重复扎制后发泡剂分散较均匀,但泡沫金属的孔隙率低、孔结构不均匀,导致各向异性。
3 多孔金属材料的应用
多孔金属材料因其特殊的结构而具有一系列优良性能,可作为功能材料和结构材料应用于众多领域:如耐高温方面可作为热交换器、高温过滤器、散热片、热管、加热棒等;生物医学方面多孔钛、多孔镁等应用于骨扩增、骨科植入物、椎体融合等椎间盘疾病的治疗;声学方面具有吸音、消声等作用适用于体育馆、影剧院、地铁以及高速列车消音墙等;化学方面应用于化学催化剂载体、电池极板、电磁屏蔽室等;在机械工程、交通运输方面应用于机械紧固件、自行车曲柄臂、汽车缓冲件、航天飞机保护壳等。
4 结语
从20世纪中叶开始,世界各国已有几百家研究机构对泡沫金属的
性能和制备以及应用等领域进行研究:原材料方面由单纯泡沫铝发展至高熔点高强度泡沫铁、泡沫钢;制备方法由高成本至低成本熔体发泡法发展;结构方面由简单泡沫金属发展至三明治结构泡沫材料、泡沫基复合材料、三维网状结构中填充高分子材料、中空球泡沫、纤维网状结构;由晶态泡沫发展至大块非晶泡沫、纳米晶泡沫金属等。
多孔金属材料受到越来越多研究学者以及制造商的关注,将是本世纪最具研究意义和广泛应用前景的特殊材料之一。
参考文献
[1] 王俊宁.多孔金属材料的制备技术[J].科技资讯,2011(1).
[2] 王彬,姚伟,赵晓明,柴国明.金属基多孔材料的制备及应用[J].科技创新导报,2010(7).。