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多孔金属材料的制备与应用实践

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摘要:在材料科研工作中,永恒不变的话题就是研究新材料。在生活中,人们逐渐发现了大量天然材料中具备多孔结构,并在实际应用中展现出了一定优势。本文是以多孔金属材料为例,对其制备和应用实践进行详细分析,以期为未来科技的发展提供依据。

关键词:多孔金属;材料;制备;应用

本文研究的多孔金属材料,是在金属骨架中分散着大量孔洞的新型素材,具备多样化空隙的特点,是一种广义阻尼材料。通过其结构划分包含了无序和有序两种类型,前者像泡沫材料,后者是点阵材料结合孔间是否连接区分为闭孔和通孔两种类型,闭孔中包含了很多独立出现的孔洞,而通孔是彼此连接的三维多孔结构。下面对多孔金属材料的制备和应用进行研究。

1多孔金属材料的制备

1.1液相法应用

这种方法制备多孔金属材料,主要分为三种形式:直接发泡法、铸造法以及溅射法。

(1)直接发泡法。这种方法最早出现在1860-1870年左右,现阶段主要用在工业生产区域中。其包含了两种工艺,一方面是直接吹气法发泡法。这种方式非常简单便捷,且消耗能量很低,是通过先向金属液中加入碳化硅、三氧化铝等用来提升金属液的黏度,之后应用特殊制造的旋转喷头向熔体吹入气体,如N2、Ar等。操作步骤如图1所示。另一方面是金属氢化物分解法泡法。其是通过在溶解的金属液中防止发泡剂,在加热氢化物之后分解出氢气,并出现气体膨胀,让液体金属发泡,冷却之后获取泡沫金属材料。若是在实验过程中,出现不均衡的问题也可以加入固体“镓”来增强黏度,预防气泡溢出。

(2)铸造法。这种方法也分为两种形式,一方面是熔模铸造法。这种防范的制备成本很高,如在制备多孔锌时,每立方厘米的成本就在十美元以上;另一方面是渗流铸造法。其是通过先将填料放在制作模具当中,在周边浇注金属,之后除掉填料,获取泡沫金属材料。这种方案可以结合渗透压力的大小划分为高压渗流法与低压渗流法。

(3)溅射法。这种方法用来制备多孔金属材料的原理是在反应器中保持可以控制的惰性气体压力,在等离子的影响下,依据电场的力量在基体上堆积金属,而此时惰性气体也会一起沉淀,提高实验温度,金属在融化状态下惰性气体会膨胀,出现一个个空穴,温度降低后就会形成泡沫金属[1]。

1.2固相法

(1)粉末治金法。这种方法原理是,通过一定比例整合金属粉末与造孔剂,受到一定压力的影响做成具备致密度的预制品。再将这一成品放在真空烧结炉中,获取复合材料烧结坯,最后应用某种方法去掉造孔剂,就可以制作出多孔金属材料。

(2)粉末发泡法。这种方法与上述粉末冶金法相似,不同的在于其在获取半成品后,要将其放在钢模中加热,促使发泡剂得到释放,最终获取制备材料。

(3)金属空心球法。这种方法是选择多个金属空心球,通过烧结的形式连接到一起构成多孔结构。现阶段用这种方法制作多孔金属材料的有钢、钛以及铜等。

(4)金属粉末纤维烧结法。其是以金属或合金粉末为原材料,依据压制和高温烧结的形式获取具备刚性结构的多孔材料。

1.3金属沉积法这种方法是通过化学或是物理的形式将获取泡沫金属的金属物沉淀溶解到有机物中,其主要分为两种形式,一种是电沉积,另一种是气相沉积。下面主要分析气相沉积法:以泡沫镍为例,其是在Ni+4CO→Ni(CO)4反应下,温度达到零上一百二十摄氏度以上时,Ni(CO)4划分为金属Ni与CO,在分解时,Ni沉积在泡沫表层上,就可以获取想要的多孔金属材料[2]。

2多孔金属材料的应用实践

在生活中,多孔金属材料的应用范围非常广泛,总的来说其应用主要集中在三个领域里,其中包含了工业、国防科技以及环境保护。下面主要研究多孔金属材料在环境保护工作中的应用。噪声、大气以及水三方面是现阶段世界环境污染较为严重的问题,是以噪声管理工作是环境保护工作的重要内容。现阶段,在火车、汽车以及其他机械系统中都有振动出现,而振动带来的影响也很多大,如系统损耗、噪声等。因为多孔金属材料具备优质的阻尼性能,所以在应用中可以将系统中的振动转化为热能,在降低噪声与控制振动的同时,也吸收周围的噪声。当声波压迫空气在多孔金属材料的孔洞中传递时,会与孔壁摩擦消耗能量,因此在生活中其被大量用在噪声严重的环境中。例如,日本在高速旅游列车的发电机室内就引用了多孔金属材料作为吸音板;在高速公路两侧也依据多孔金属材料制作吸音壁;在建筑施工场地,很多单位会依据质地轻、刚性大且不燃烧的多孔金属材料制作装饰物品,在优化室内环境的同时,也可以吸收室内外的噪音;应用多孔金属材料制作的电梯舱,除了具备节能的特点之外,也可以展现出防火、吸声等功能;多孔金属材料也是生活中防火门与安全通道构建的理想材料[3]。通过实践调查研究可知,多孔金属材料不管是在工业发展,还是在日常生活中都有一定帮助,因此在发展中需要工作者加大对其的研究。

3结语

综上所述,在工业和科技技术不断发展的背景下,人们对多孔金属材料的需求越来越多,但现阶段与之相关的研究很少,只包含了其中一小部分的性能特点,很多潜在的价值并没有得到发掘。因此在发展中研究工作者,在优化多孔金属材料制备技术的同时,也要对其进行深层挖掘,以此为未来工业和科技的创新发展提供依据。

作者:严 海 单位:益逻触控系统(苏州)有限公司

多孔金属材料的制备与应用实践责任编辑:张雨    阅读:人次