多孔材料家族的一顆明珠

1、F9905103呂靜多孔材料家族的一顆明珠——泡沫材料的制備技術(shù)近年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)特別是納米技術(shù)的迅速發(fā)展，微觀有序的材料以其種種特異的性能引起了人們的重視，許多研究人員投入這一領(lǐng)域。在各種各樣的有序材料當(dāng)中，三維長程有序的多孔性材料取得了很大進展。人們很早就認識了多孔性材料。長期以來，人們一直利用其質(zhì)輕、多孔的特點將其用作結(jié)構(gòu)材料、載體材料、吸附材料和阻隔材料等等。多孔材料大致上可分為三類：大孔材料(macropousmater

2、ial)平均孔徑在50nm以上、介孔材料(mesopousmaterial)平均孔徑在2—50nm之間、微孔材料(micropousmaterial)平均孔徑在2nm以下（這類材料在新興的光于晶體、光電開關(guān)等光電子器件的制造領(lǐng)域可望發(fā)揮很大的作用）。在多孔材料的家族中，金屬多孔材料作為極其重要的一員，是一種具有滲透性好，孔隙和孔徑可控，形狀穩(wěn)定，耐高溫，抗熱震，能再生，可加工等特殊性能的功能材料。它的基本性能有孔徑，孔隙度，透過性能，力

3、學(xué)性能等金屬多孔材料廣泛應(yīng)用于航空，航天，原子能，石化，冶金，機械，醫(yī)藥，環(huán)保等行業(yè)的過濾，分離，消音，布氣，催化，熱交換等工藝中。近年來，各領(lǐng)域?qū)饘俣嗫撞牧系男枨蟠蟠蟠龠M了其發(fā)展。一.多孔材料的種類多孔金屆材料目前可分為粉末燒結(jié)多孔材料、金屆纖維氈、復(fù)合金屬絲網(wǎng)材料及泡沫金屆材料。圖1為這幾種材料的主要孔徑分布。11粉末燒結(jié)多孔材料混合至開始凝固前的一定時間間隔內(nèi)要充分分解并有足夠的發(fā)氣量。目前，國內(nèi)外一般采用金屬氫化物TiH2或Z

4、rH2作為發(fā)泡劑。日本有采用火山灰作發(fā)泡劑制得泡沫金屬的報道，其發(fā)氣起始溫度比T1H2低，且發(fā)氣量比Ti比小，但價格較便宜。熔體發(fā)泡法制備泡沫金屬的過程有：熔體增粘處理、泡沫化、均勻化和凝固過程。后三個過程同時進行，受許多工藝因素的影響，在實際操作中很難控制。其發(fā)展的方向是引入計算機模擬技術(shù)，用以處理實物研究中難以解決的問題。222粉體發(fā)泡法粉體發(fā)泡法制備工藝如圖2所示。首先混合一定比例的金屬粉末和發(fā)泡劑粉末，壓實得到密實的預(yù)制品，然后

5、在基體金屬的熔點附近進行熱處理，使發(fā)泡劑分解，釋放出的氣體迫使壓實的預(yù)制品膨脹成為泡沫金屬。粉體發(fā)泡工藝的關(guān)鑲是壓實工藝的選擇，可分為冷壓和熱壓兩種冷壓法要求有兩次壓縮過程來破壞金屬顆粒的氧化膜使其聯(lián)結(jié)在一起，此工藝成本高，只圖2粉體發(fā)泡流程圖能利用擠壓法，且要求發(fā)泡劑的分解溫度高于壓實溫度。目前，國外采用熱壓工藝，主要有軸向壓縮和擠壓，前者適用于實驗室，而后者適用于工業(yè)應(yīng)用。在壓縮過程中要保證：(1)溫度要足夠高，使金屬顆粒之間的聯(lián)結(jié)

6、主要靠擴散作用形成；(2)壓強要足夠大，防止發(fā)泡劑在發(fā)泡之前就分解，這樣得到的預(yù)制品中，金屬顆粒彼此聯(lián)結(jié)，密封了發(fā)泡劑氣體粒子。因此，可以利用分解溫度低于壓實溫度的發(fā)泡劑，并且只有一次壓縮過程，降低了成本。粉體發(fā)泡法的發(fā)泡劑選用范圍比較廣，可以利用金屬氫化物，如T1H2或ZrH2；碳酸鹽，氫氧化物和一些容易揮發(fā)的物質(zhì)，如水銀混合物、粉碎的有機物質(zhì)等。粉體發(fā)泡法比熔體發(fā)泡法實際操作客易控制，合理選擇發(fā)泡參數(shù)〔發(fā)泡時間和溫度〕，可以得到不同

7、密度值的泡沫金屬。23通孔泡沫金屬的制備231滲流鑄造法將液態(tài)金屬滲入可去除的填料顧中的滲流鑄造法是目前國內(nèi)外制備泡沫金屬的重要方法。滲流鑄造法中預(yù)制型的制作對最終產(chǎn)品的質(zhì)量有著直接的影響，填料顆粒能否被除去是制得通孔的關(guān)鍵，要順利除去填料顧粒，必須使其處于連續(xù)的狀態(tài)，通常采用兩種方法：〔1〕將填料顆粒松散裝人型腔中，加壓使顧粒聯(lián)結(jié)。(2)將顆粒加粘結(jié)劑和水混勻后填人石墨中緊實，然后焙燒，此工藝得到的預(yù)制塊孔隙形狀圓滑，互相連通，但工藝