泡沫金属的介绍及制备 36页PPT文档
泡沫铝及其制备方法
泡沫铝及其制备方法
泡沫铝是一种由铝金属制成的轻质多孔材料。它的低密度、高强度和优异的导热性使其具有很大的应用潜力。泡沫铝可以用于吸能材料、隔热材料、噪音隔离材料和过滤材料等领域。本文将探讨泡沫铝的制备方法。
泡沫铝的制备方法主要有两种：粉末冶金法和预加工法。
粉末冶金法是制备泡沫金属的一种常见方法。首先，将球形高纯度铝粉与空气混合在一起，形成一种类似于面团状的混合物。然后，将混合物在特定的压力下压制成一块密度较高的烧结块。接下来，将这块烧结块放入高温炉中，在氮气气氛中进行烧结。在烧结的过程中，铝粉表面的氮气会沉积形成氮化铝薄膜，防止铝粉在烧结过程中熔化。最后，将烧结块放入酸性溶液中进行腐蚀处理，使铝粉溶解，形成泡孔结构，最终得到泡沫铝。
预加工法是另一种制备泡沫铝的方法。与粉末冶金法不同，预加工法是通过机械加工的方式来制备泡沫铝。首先，将铝板或铝棒切割成所需尺寸。然后，在铝板或铝棒上进行钻孔，并用锯片将孔周围的材料切割成泡孔结构。接下来，将切割好的铝材用化学通道进行腐蚀处理，使铝材表面形成氧化膜。最后，将腐蚀处理后的铝材经过表面处理和清洗，得到泡沫铝。
无论是粉末冶金法还是预加工法，都有一些关键步骤和参数需要控制，以确保泡沫铝的质量和性能。在粉末冶金法中，烧结温度、烧结时间和烧结压力是可以调节的参数。较高的烧结温度和较长的烧结时间可以使烧结后的材料具有更高的强度。在预加工法中，钻孔的直径和间距以及腐蚀液的成分和浓度也是非常重要的。合理的参数选择可以实现所需的泡沫铝孔径和密度。
总之，泡沫铝是一种十分有潜力的材料，具有广泛应用的前景。粉末冶金法和预加工法是制备泡沫铝的两种常见方法。不同的方法有不同的优势和限制，可以根据具体需求来选择合适的方法。在制备过程中，需要控制关键参数以获得高质量的泡沫铝材料。随着科学技术的发展，泡沫铝的制备方法也将得到进一步的改进和创新，为其应用领域的拓展提供更多可能性。
高中化学第三章探索生活材料第一节合金泡沫金属素材新人教版选修120171127138.doc
泡沫金属
孔隙度 [多孔体中所有孔隙的体积与多孔体总体积之比]达到90%以上，具有一定强度和刚度的多孔金属。
这类金属孔隙度高，孔隙直径可达至毫米级。
foamed metals
它的透气性很高，几乎都是连通孔，孔隙比表面积大，材料容重很小。粉末冶金法制造泡沫金属，是在粉末中加入发泡剂（如NH4Cl），烧结时发泡剂挥发，留下孔隙。用电化学沉积法可以制得规则形状孔隙、孔隙率高达95%的泡沫金属，包括以Cu，Ni，NiCrFe，ZnCu，NiCu，NiCrW，NiFe等金属和合金为骨架的泡沫材料。将电化学沉积在多孔体上的金属，经烧结使沉积组分连接成整体，强度达到要求的高孔隙泡沫金属，孔隙度高，使用中可以填充更多的物质，如催化剂、电解质等。
泡沫金属在石油化工、航空航天、环保中用于制造净化、过滤、催化支架、电极等装置。
含有泡沫状气孔的金属材料与一般烧结多孔金属相比，泡沫金属的气孔率更高，孔径尺寸较大，可达7毫米。由于泡沫金属是由金属基体骨架连续相和气孔分散相或连续相组成的两相复合材料，因此其性质取决于所用金属基体、气孔率和气孔结构，并受制备工艺的影响。通常，泡沫金属的力学性能随气孔率的增加而降低，其导电性、导热性也相应呈指数关系降低。当泡沫金属承受压力时，由于气孔塌陷导致的受力面积增加和材料应变硬化效应，使得泡沫金属具有优异的冲击能量吸收特性。
泡沫金属的制备有发泡法和电镀法，前者通过向熔体金属添加发泡剂制得泡沫金属；后者通过电沉积工艺在聚氨酯泡沫塑料骨架上复制成泡沫金属。
已实用的泡沫金属有铝、镍及其合金。泡沫铝及其合金质轻，具有吸音、隔热、减振、吸收冲击能和电磁波等特性，适用于导弹、飞行器和其回收部件的冲击保护层，汽车缓冲器，电子机械减振装置，脉冲电源电磁波屏蔽罩等。泡沫镍由于有连通的气孔结构和高的气孔率，因此具有高通气性、高比表面积和毛细力，多作为功能材料，用于制作流体过滤器、雾化器、催化器、电池电极板和热交换器等。
泡沫金属的特点、应用、制备与发展
收稿日期：2004-09-02作者简介：陈文革（1969-），男（汉），陕西澄城县人，副教授，博士学位，主要从事纳米与功能器件材料研究。泡沫金属的特点、应用、制备与发展
陈文革!，张强"（1.西安理工大学材料科学与工程学院，陕西西安710048；2.西安惠宇金属基复合材料公司，陕西西安710000）
摘要：本文阐述了多孔泡沫金属的结构特点、性能、应用以及制备技术，并展望了泡沫金属今后的研究与发展。关键词：泡沫金属；性能；制备；应用；综述中图分类号：TF125.6文献标识码：A文章编号：1006-6543（2005）02-0037-06
CHARACTERISTICSAPPLICATIONFABRICATIONANDDEVELOPMENTOFPORO SMETALS
CHENWen-ge1，ZHANGOiang2（1.SchoolofMaterialsScienceandEngineering，Xi’an niversityofTechnology，Xi’an710048，China；2.MetalMatrixCompositeMaterialCorporationofXi’anHuiyu，Xi’an710000，China）
Abstract：Thestructure，characteristics，applicationandfabricationofporousmetalsaresumma-rized.Theresearchanddevelopmentofporousmetalsinthefutureareforecast.Keywords：porousmetal；characteristic；fabrication；application；summarization
多孔泡沫金属自1948年美国的SoSnik利用汞在熔融铝中气化而得，使人们对金属的认识发生了重大转变，认为面粉可以发酵长大，金属也可以通过类似的方法使之膨胀，从而打破了金属只有致密结构的传统概念。多孔泡沫金属材料实际上是金属与气体的复合材料，正是由于这种特殊的结构，使之既有金属的特性又有气泡特性，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。因此，作为一种新型功能材料，它在电子、通讯、化工、冶金、机械、建筑、交通运输业中，甚至在航空航天技术中有着广泛的用途。
你知道泡沫金属吗
你知道泡沫金属吗？
人们熟知泡沫塑料，却很少知道泡沫金属的存在。发明泡沫金属的是美国杜克大学工程学教授富兰克林·科克斯，他是一位研究金属材料的专家，对金属材料有锐敏的嗅觉。
大多数人对金属密度的认识都比较肤浅，以为只不过是一种物理性能，只表示谁轻谁重而已。密度大的就重，像铂；密度小的就轻，如铝。科克斯对密度的认识则比别人深刻得多。他对比各种金属的密度和它们的化学性质后，意外地发现，金属的密度与其化学活性有密切的关系，即金属的密度越小，它的化学活性就越大。比如锂，是金属中密度最小的，每立方厘米才0.534克，比水还轻，因此特别活泼，在室温下就能和空气中的氧、氮起剧烈反应，所以必须保存在凡士林或石蜡中。而铂、金、铱、锇等贵金属的密度大，像铂的密度达21.45克/立方厘米，在硫酸、盐酸甚至在王水中都能“游泳”。
科克斯在20世纪60年代就宣布了这个被许多人视而不见的规律。由于这个规律的确算不上重要和深奥，在当时也没发现什么特殊的实用价值，因此没有受到人们的重视。到了20世纪90年代，科克斯提出一个新思想：在航天领域中，人们为节省燃料和各种费用，总希望用质轻而结实的材料。像锂、镁等金属在地面上不宜被用作结构材料，因为它们太活泼，易氧化着火，但它们在太空中却大有用武之地，因为在太空中没有引起锈蚀和化学反应的空气，那里几乎是真空。于是，科克斯决定对这些轻金属进行改造。他知道，塑料如果进行泡沫化，可以使密度成倍成倍地降低，变成很轻、很实用的泡沫塑料。如果把这些金属也变成泡沫金属，它们的密度也会变得更小，可以在水中浮起来。
1991年，科克斯利用“哥伦比亚号”航天飞机进行了一次在微重力条件（失重状态）下制造泡沫金属的试验。他设计了一个石英瓶，把锂、镁、铝、钛等轻金属放在一个容器里，用太阳能将这些金属熔化成液体。然后在液体中充进氢气，产生大量气泡。这个过程有点像用小管往肥皂水中吹气一样，当金属冷凝后就形成了到处是微孔的泡沫金属。
21世纪的新材料——泡沫金属与泡沫陶瓷
第1页 共6页 ２１世纪的新材料——泡沫金属与泡沫陶瓷
进入二十一世纪，可持续发展已成为全人类共同关注的话题，我国政府高度重视可持续发展，将可持续发展确定为国家的重大发展战略。如何开发新能源和新材料、减少已有能源与材料的消耗，是其中一个重要方面，已成为科技工作者共同努力的新课题，泡沫材料的开发就是在这种大背景下提出的。泡沫材料按材料性质分为泡沫金属材料和泡沫陶瓷材料，按使用状态又可分为泡沫结构材料和泡沫功能材料。
一、轻质泡沫金属材料
泡沫金属材料是八十年代后期国际上迅速发展起来的一种物理功能与结构一体化的新型工程材料。多孔结构和金属特征使其得以具备其他实芯材料未有的功能，如防震、吸声、隔声、阻燃、屏蔽、耐候、耐湿、质轻、可渗透性等，在航空航天、交通运输、建筑、能源等高技术领域具有广阔的应用前景。
泡沫金属材料的制备方法大致可分为以下几种：
（1）粉末冶金法，又可分为松散烧结和反应烧结两种；
（2）渗流法；
（3）喷射沉积法；
（4）熔体发泡法。
在上述众多的制备方法中，除特殊要求外，作为工业大生产最有前途的是熔体发泡法，它的工艺简单，成本低廉。熔体发泡法技术难第2页 共6页 点在于选择合适的金属发泡剂，一般要求发泡剂在金属熔点附近能迅速起泡。
世界泡沫金属材料技术开发具有两大热点，即泡沫镍和泡沫铝的开发。泡沫镍的制备技术目前已很成熟，国内外均有不少厂家进行大批量连续化生产，如国内的长沙力元等，主要作为电池的极板材料应用于镍氢电池领域。但随着世界锂离子电池的迅速发展，镍氢电池在世界可充电二次电池市场的需求已日趋饱和，因此泡沫镍的市场需求增长幅度逐年减缓。泡沫铝制备技术则在航空航天、交通运输等行业的发展以及这些产业对综合性能优异的材料的巨大需求下得以迅速地发展，主要有合金气体发泡、合金发泡剂混合搅拌、金属及发泡剂混熔固结、熔融金属高压渗透等。泡沫铝是一种高孔隙率、宏孔多孔材料。它不仅具有优良的机械阻尼、消声降噪和电磁屏蔽等性能，而且具有轻便、坚固、耐热、美观等特点，在一些发达国家已经商品化，广泛地应用在噪声防护、电磁屏蔽、建筑装饰、吸能缓冲、医用植体、分离工程、生物工程以及国防高科技等领域。自“9.11”事件以来，世界各国对这种具有轻质、防火、吸震等性能、适用于高层建筑及交通运输工具的结构材料给予了高度重视，从而引发了该材料的研发热潮。最近国内某研究机构采用碳化硅超细粉增强泡沫铝复合材料的制备技术取得了重大突破，预计该材料将成为世界摩天大楼设计师们首选的主要建筑材料之一，市场前景极为广阔。
泡沫铝
一、引言
现代工艺技术的发展，使得泡沫金属的制备技术日趋完善，制造成本不断降低。以泡沫铝为代表的泡沫金属是近年来发展较快的一种新型功能结构材料。作为结构材料，它具有轻质和高比强度的特点；作为功能材料，它具有减震、吸收冲击能、耐高温、隔声、吸声[1]、隔热、不燃烧、抗腐蚀、电磁屏蔽等物理性能[2-6]。最主要的是它可以将低密度、高刚度、冲击吸能性、低热导性、低磁导率和良好的阻尼性综合在一起[7]。在需要综合利用这些性能的领域内，泡沫金属有着广泛的应用前景[8-9]。
泡沫铝按照基体材料的不同，可将其分为泡沫纯铝和泡沫铝合金两类。由于泡沫铝合金同时具有纯铝和其它合金元素的性能，与泡沫纯铝相比其强度和吸能能力通常得到了提高。常见的泡沫铝合金有泡沫铝硅合金、铝镁合金和铝铜合金。按照孔结构的不同，可将泡沫铝分成开孔和闭孔两种[10]。
泡沫铝具有较高的压缩强度，同时具有较长的平台应力。压缩过程中的大量能量在近似恒定的应力下被吸收[11]，从而使得泡沫铝具有很强的吸能能力。关于泡沫铝吸能性能的研究文献很多。Pkarash等人[12]认为泡沫铝的能量吸收能力不仅与基体材料的弹塑性有关，还与其它一些耗散过程有关，如破碎的孔壁之间的摩擦。Beals等[13]通过对密度不均匀的Alcna泡沫材料的测试分析，指出密度梯度是削弱泡沫材料能量吸收能力和效率的重要原因。在传统的管式吸能装置中，采用泡沫铝作为填充物可以提高结构的刚度和吸能能力，从而改进缓冲吸能装置的性能。国外许多文献都报道了由泡沫铝充当芯材的夹心式组合结构的静动态压缩力学行为的实验研究，国内该方面的文献比较少。
泡沫铝,是一种新型的功能材料, 其发明只有四十余年的历史。Sosnik 在1948 年提出利用汞做发泡剂, 在液态铝合金中气化制取泡沫铝的想法。在1956 年, Ellist根据这一想法成功地制造了泡沫铝。20 世纪60 年代, 美国Ethy l 公司已成为研制泡沫铝的科研中心基地。在1982 年以前所公布的有关泡沫铝的专利技术中, 多半来自美国的LOR 公司和Ethy l 公司。直到今天, 美国、日本、英国、加拿大等国相继研制出多种生产泡沫铝的方法, 并取得了多项技术专利, 已可将泡沫铝制成管材、带材等复合材料。我国对泡沫铝的研究近几年才起步,
泡沫金属的现有制备方法总结
泡沫金属的现有制备方法总结
泡沫金属是一种具有多孔结构和良好力学性能的材料，广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等领域。本文将总结泡沫金属的现有制备方法，并对其特点和应用进行探讨。
首先，模板法是最早采用的一种制备泡沫金属的方法。该方法将金属粉末和模板混合后，在高温下进行烧结，然后通过酸蚀模板，得到具有多孔结构的泡沫金属。该方法制备的泡沫金属具有较高的孔隙率和良好的成型性能，但模板的选择和处理过程会对成品的性能和形状产生影响。
第二，溶胶凝胶法是一种利用溶胶凝胶反应生成的孔洞来制备泡沫金属的方法。该方法主要包括凝胶浸渍法和凝胶共凝胶法。凝胶浸渍法是将金属溶胶浸渍到泡沫状的碳骨架中，然后经过热处理得到泡沫金属。凝胶共凝胶法是将金属溶胶和有机高聚物溶胶融合，形成共凝胶，再通过热处理得到泡沫金属。这两种方法制备的泡沫金属具有较高的孔隙率和良好的力学性能，但制备过程复杂，需要对溶胶和凝胶的性质进行精确控制。
第三，电解法是一种利用电解过程生成气泡来制备泡沫金属的方法。该方法主要包括电解沉积法和电解析出法。电解沉积法是在金属表面通过电化学反应析出气泡，然后通过热处理得到泡沫金属。电解析出法是在金属溶液中施加电流，将阳极上的金属析出成泡沫状，再通过热处理得到泡沫金属。这两种方法制备的泡沫金属具有较高的孔隙率和良好的导电性能，但制备过程中需要对电解条件进行精确控制。
第四，发泡焊接法是一种利用熔化金属的表面张力迫使金属熔滴在钢网上形成泡沫金属的方法。该方法通过加热金属粉末，使其熔化并附着在钢网上，通过熔滴的浸渍和堆积形成泡沫金属。这种方法制备的泡沫金属具有较高的孔隙率和良好的抗压性能，但制备过程中需要对加热温度和金属粉末的大小进行精确控制。
最后，高温直接发泡法是一种利用金属的熔点来制备泡沫金属的方法。该方法将金属加热到超过熔点，并通过气体压力和表面张力使金属形成泡沫状。这种方法制备的泡沫金属具有较高的孔隙率和良好的热传导性能，但制备过程中需要对温度和气体压力进行精确控制。
泡沫金属的介绍及制备31
泡沫金属的介绍及制备31
泡沫金属的介绍及制备31
泡沫金属是一种以金属材料为基础制成，具有类似泡沫状结构的材料。它的制备过程中，首先需要选取合适的金属材料作为基材，常见的有铝、镍、钛等。其次，在基材上加入一定比例的发泡剂，使金属材料呈现出气泡状态。最后，通过烧结或热退火等工艺，使气泡中的气体逸出并固化，形成具有泡沫状结构的金属材料。
泡沫金属具有许多独特的性质和应用领域。首先，由于其内部是由无数小气孔组成，泡沫金属具有极高的孔隙率和低密度，因此具有较轻的重量和优秀的吸能能力。其次，泡沫金属具有优异的热传导性能，可用于制作热交换器、散热器等产品。此外，泡沫金属还具有良好的声学特性和隔热性能，可用于制作噪音吸收材料和保温材料等。此外，泡沫金属还具有良好的机械性能，可用于制作轻质结构材料和吸能缓冲材料等。
泡沫金属的制备方法主要分为多种，其中常用的有发泡剂法、模板法和金属粉末冶金法等。发泡剂法是一种较为简单和经济的制备方法，其步骤包括：选取合适的金属粉末作为基材，加入一定比例的发泡剂。然后，在一定的温度和压力下进行热处理，使基材中的发泡剂气化并形成泡沫结构。模板法则需要制备一个具有所需孔隙结构的模板，然后通过烧结或电解沉积等工艺，在模板中填充金属材料，最后移除模板，获得泡沫金属。金属粉末冶金法则以金属粉末作为原料，通过混合、压制和烧结等步骤，实现金属粉末的烧结和固化，形成金属泡沫。 综上所述，泡沫金属具有独特的结构和优异的性能，在航空航天、能源、汽车等领域有着广泛的应用。随着制备工艺和材料研究的不断进步，泡沫金属的应用前景将变得更加广阔。
21世纪最具潜力新材料之泡沫铝——用孔改变世界！
21世纪最具潜力新材料之泡沫铝——用孔改变世界！
从20 世纪中叶开始，世界各国竞相投入到多孔泡沫金属的研究与开发之中，同时也相继提出了各种不同的制备工艺，根据不同的应用场合和不同的结构要求，所采用的制备工艺也不同。
由于泡沫铝材料反映了结构材料与功能材料多学科互相渗透的新趋势，在学术领域展示了广泛的空间，在高技术领域及一般工业领域有广阔的应用前景，因而成为21 世纪美、英、日、德及中国竞相研究的前沿热点材料。
到目前为止，泡沫铝行业的研究已近70年，通过这几十年的研究，全球泡沫铝行业发展的究竟怎么样了呢？中国的泡沫铝研究起步较晚，是否后来居上了呢？
一、泡沫铝简介
泡沫铝是指在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成，同时兼有金属和气泡特征，是一种集结构和性能一体化的新型功能材料。
泡沫铝性能
超轻性
密度为0.2~0.4g/cm3，约为铝密度的1/10，钛密度的1/20，钢密度的1/30，钢密度的1/30，以及木材密度的1/3。
吸音性
泡沫铝可以通过气孔壁的振动来吸收声音的能量，用来消声。去除噪声。
耐热性
具有较高的耐热性，一般铝合金的溶解温度在560·700℃左右，单泡沫铝即使加热到1400℃也不溶解，而且在高温下不释放有害气体。
电磁波屏蔽性
泡沫铝对高频电磁波有良好的屏蔽左右，能够使电磁干扰降低80%以上。
二、泡沫铝发展历程 三、泡沫铝产品
四、泡沫铝制备办法
泡沫铝的制备方法有很多种，具体分类如图所示。其中对于闭孔泡沫铝来说，主要的制备方法有熔体发泡法和粉末冶金法。通孔泡沫铝的制备方法主要有渗流铸造法和熔模铸造法。
五、泡沫铝应用与产业链
泡沫铝应用十分广泛，在军工行业，建筑行业，航空航天行业，机械制造行业，汽车制造行业等都有较多的应用。
泡沫铝产业链
上游
铝土矿、焦炭、氟化铝、冰晶石等
中游
铝合金锭、铝合金铸棒、泡沫铝
下游
建筑行业、机械行业、军工行业、航空航天、交通运输、海洋船舶
泡沫金属的研究与发展
泡沫金属的研究与发展
1泡沫金属的概念及特点
泡沫金属指孔隙度达到90%以上，具有一定强度和刚度的多孔金属材料。含有泡沫状气孔的金属材料与一般烧结多孔金属相比，泡沫金属的气孔率更高，孔径尺寸较大，可达7毫米。由于泡沫金属是由金属基体骨架连续相和气孔分散相或连续相组成的两相复合材料，因此其性质取决于所用金属基体、气孔率和气孔结构，并受制备工艺的影响。通常，泡沫金属的力学性能随气孔率的增加而降低，其导电性、导热性也相应呈指数关系降低。当泡沫金属承受压力时，由于气孔塌陷导致的受力面积增加和材料应变硬化效应，使得泡沫金属具有优异的冲击能量吸收特性。多种金属和合金可用于制备泡金属材料，如青铜、锲、钛、铝、不锈钢等。由于泡沫金属的密度小、孔隙率高、比表面积大从而使其具有非泡沫金属所没有的优异特性：例如阻尼性能好，流体透过性强，声学性能优异热导率和电导率低等等。作为一种新型功能材料，它在电子、通讯、化工、冶金、机械、建筑、交通运输业中，其至在航空航天技术中有着广泛的用途。
2泡沫金属的用途
2.1 电极材料
随着高档电器（便携式计算机、无纯电话等）的迅速发展，可重复使用的高体积比容量、高质量比容量的充电电池的消耗也越来越大。高孔隙率（＞95%）的泡沫金
属对提高电池的这些性能提供了用武之地。例如用电沉积法生产的泡沫锲作为电极材料用于Ni-Cd电池的电极时，电极的气液分离好、过电压低，能效可提高90%,容量可提高40%,并可快速充电，在电池行业中，锲镉电池、锲氢电池、可充电碱性电池一致趋向于采用泡沫锲作为正负极板以提高容量，这是电池行业
的一个突破。对电池电极用泡沫锲的性能参数要求已有较为深入的研究。
2.2 催化剂
化学反应尤其是有机化学反应中，催化剂常常起着非常重要的作用，催化剂的表面积也是越大越好，高孔隙率使得泡沫金属具有大的比表面积，化工行业中可直接使用泡沫锲作锲催化剂，或将泡沫锲制成催化剂载体，高孔隙率的泡沫金属作为支撑物有可能使催化剂高度分散发挥更大的作用，其性能远远优越于陶瓷催化剂载体。