超轻多孔金属材料在军事上的应用

邱亮+刘尧函

摘 要：随着加工技术和材料制备的逐渐发展，使得超轻多孔金属出现了新的物理特性而产生一种新型材料。超轻多孔金属这种新型材料的具有良好的可塑性和可改造性，可以依据实际需要在新型材料生产前对材料的结构进行有目的性的设计和组合优化，这样超轻多孔金属的多功能的特性会更好的发挥作用。超轻金属的机械性能也很优良。文章通过对超轻金属多孔材料的发展与回顾，阐述了超轻多孔金属材料的特点与发展趋势，并对其在军事领域的应用做以研究。

关键词：超轻；多孔材料；泡沫金属；军事

1 超轻金属多孔材料的分类与性能

相对于传统的材料，超轻金属多孔材料的结构千变万化，这种材料的孔隙率非常的高的且孔径的大小由毫米到微米甚至到纳米级。

1.1 超轻

由于超轻金属多孔材料的孔隙率很高，这样导致超轻多孔材料的密度不如传统材料大，由于多孔材料的分子结构千变万化，因此材料的制备方法也是千变万化，但是超轻金属多孔材料的孔隙率会更大大致在90%-99%之间，这个数据我们可以看出在最小密度可以达到只占基体材料的1%，导致材料的本身很轻。

1.2 高强韧、耐撞击

经过的大量的试验数据表明，超轻多孔金属材料是比较耐撞击和韧性很强的材料，在对这种材料的样本进行试验分析时，材料的承受压力时的应力变化和应变变化在塑性变性阶段几乎不变，在材料承受压力时将能量转化为热能最终以散热的形势耗散。此外超轻多孔金属材料具有很强的韧性，这样的特性可以防止材料存在裂纹和缺陷时出现材料的破坏，有利于对材料进行探伤检测和监控。

1.3 高比强、高比刚度

在航空工业已得到广泛应用的蜂窝铝层合板壳（闭孔）有很好的机械性能，但其价格昂贵（蜂窝铝的国际市场价格～$4000/kg，是闭孔泡沫铝的100-1000倍），同时其性能有很强的方向性。人们发现制造成本相对低得多的点阵材料的比刚度几乎可与蜂窝材料相媲美（见图1），而其比强度甚至更高。

图1 各种最轻重量结构的比较

1.4 高效散热、隔热

超轻多孔金属材料还具有散热、隔热的特殊性能，这种材料是热的良导体，是优良的传热介质，可以再材料遭受高密度热流时进行散热和隔热，由于超轻多孔技术材料的孔隙率比较大。因此在结构孔隙中填充隔热纤维，就可以达到散热和隔热的目的，这样的特性得到航空工业的热捧，在航天结构隔热部件的领域达到很好的应用。

1.5 吸声性能

经过对超轻多孔金属材料的反复试验研究表明，这种材料具有良好的吸声性能，而且在一定范围的孔径范围内材料的吸声效果会更好，与其他吸声材料进行比较，超轻多孔材料的优势更加的明显，超轻多孔金属的高强度和刚度以及耐高温、隔热、耐腐蚀特性显而易见。

此外，多孔金属拥有大量的内部空间，还较易实现多功能集成。由此可见，超轻多孔金属材料比传统材料优势明显很多，在很多的领域都在使用超轻多孔金属材料，对我国国防工业、航空工业都起着至关重要的作用。

2 超轻金属多孔材料在军事上的应用

2.1 作为板材的应用

超轻多孔金属材料在军事上也得到了应用，利用材料的强度、刚度以及延性的特点将超轻材料制作成不锈钢夹心层结构，这种材料制成的金属板比其他材料制成的金属板相比较具有材质轻、刚度高、强度高，这种材料制成的金属板具有隔热、散热、耐高温以及吸声效果好的特点，现在在军事上采用超轻金属多孔材料制成的金属板来制作单片防火墙以防止发动机舱热量和噪音影响乘务人员，也可以制成管状可以用做军用汽车消声器和排气装置。

2.2 作为减振、降噪材料应用

超轻多孔金属材料在减震和降低噪音方面也是效果很好的，这种材料应用在降噪音方面是比较可取的，因为这种材料具有高强度和刚度以及良好的吸声性、耐腐蚀、隔热、散热等性能，使其可以应用于恶劣的工作环境。针对高孔隙率通孔铁基（或镍基）泡沫耐高温的优点，将此材料用于航空发动机内衬作为一种声衬材料，实验证明，吸声效果明显。另外这种材料在艇外层吸声材料方面也得到应用。

2.3 轻质高效电磁波屏蔽、吸收材料和隐身材料

电磁波（光波）在晶体材料中的干涉、传输和吸收的规律和机理，使得当前一种新型材料-光子晶体的诞生，其特点就是在微观规则排列的条件下，只有一定带宽的电磁波可以通过该材料，从而可以对电磁波谱（光谱）进行筛选，光纤之父-高琨就在一方面取得开创性的研究获得诺贝尔物理学奖。金属材料对电磁波有着更好的屏蔽效果，因此在电磁设备电路板或电磁设备周围设备一定的金属多孔材料，对电磁波的屏蔽和吸收会起到很大的作用。国外一些著名的手机生产厂家，例如Blackberry就在其手机电路板周围加置了金属多孔材料，使得手机信号清晰，辐射也非常低。

微观规则排列的电容、电感可以通过局域共振的原理使通过该材料的电磁波或者光波产生负折射的效果。这一效果的产生影响非常深远，这种材料也因这一特殊的性能而被命名为“左手材料”。2006年，麻省理工大学根据这一原理，研制出世界上第一件隐身衣。相信不久的将来，这种材料将会应用于飞机等一系列需要隐身的武器装备上来。

2.4 作为散热材料

超轻金属多孔材料具有良好的散热性能，在需要散热的结构件中采用开孔结构，热量就可以从金属泡沫的液体和气体中散热。为了更好的散热我们必须对材料的结构进行优化处理，这样可以更好发挥材料的散热效果。在军用计算机芯片散热上，通孔金属泡沫具有更高的热传导效率。在航天器的散热与热均匀散布方面，金属多孔材料也得到充分的应用。

2.5 作为防护材料

超轻金属材料是比较好的防护材料，这也是新型材料比较受欢迎的原因之一，尤其对新材料在军事和防恐怖领域中的应用具有重要意义。

3 结束语

金属多孔材料的发展，交叉融合材料科学与工程、力学、计算数学、热学、声学、机械学、微电子学等学科，在建立并完善性能表征理论的基础上对材料的微观构型与宏观结构进行一体化设计和多功能、多学科协同设计，从而深入揭示其优化制备方法，最终建立材料制备、设计、性能表征、性能测试与评定的标准化等的完整科学和技术体系，将为新军事变革和军事科学技术的进步带来更加深远的影响。

作者简介：邱亮（1983，8-），男，青海西宁人，毕业于国防科学技术大学，本科，编辑，主要从事军事教育。endprint

摘 要：随着加工技术和材料制备的逐渐发展，使得超轻多孔金属出现了新的物理特性而产生一种新型材料。超轻多孔金属这种新型材料的具有良好的可塑性和可改造性，可以依据实际需要在新型材料生产前对材料的结构进行有目的性的设计和组合优化，这样超轻多孔金属的多功能的特性会更好的发挥作用。超轻金属的机械性能也很优良。文章通过对超轻金属多孔材料的发展与回顾，阐述了超轻多孔金属材料的特点与发展趋势，并对其在军事领域的应用做以研究。

关键词：超轻；多孔材料；泡沫金属；军事

1 超轻金属多孔材料的分类与性能

相对于传统的材料，超轻金属多孔材料的结构千变万化，这种材料的孔隙率非常的高的且孔径的大小由毫米到微米甚至到纳米级。

1.1 超轻

由于超轻金属多孔材料的孔隙率很高，这样导致超轻多孔材料的密度不如传统材料大，由于多孔材料的分子结构千变万化，因此材料的制备方法也是千变万化，但是超轻金属多孔材料的孔隙率会更大大致在90%-99%之间，这个数据我们可以看出在最小密度可以达到只占基体材料的1%，导致材料的本身很轻。

1.2 高强韧、耐撞击

经过的大量的试验数据表明，超轻多孔金属材料是比较耐撞击和韧性很强的材料，在对这种材料的样本进行试验分析时，材料的承受压力时的应力变化和应变变化在塑性变性阶段几乎不变，在材料承受压力时将能量转化为热能最终以散热的形势耗散。此外超轻多孔金属材料具有很强的韧性，这样的特性可以防止材料存在裂纹和缺陷时出现材料的破坏，有利于对材料进行探伤检测和监控。

1.3 高比强、高比刚度

在航空工业已得到广泛应用的蜂窝铝层合板壳（闭孔）有很好的机械性能，但其价格昂贵（蜂窝铝的国际市场价格～$4000/kg，是闭孔泡沫铝的100-1000倍），同时其性能有很强的方向性。人们发现制造成本相对低得多的点阵材料的比刚度几乎可与蜂窝材料相媲美（见图1），而其比强度甚至更高。

图1 各种最轻重量结构的比较

1.4 高效散热、隔热

超轻多孔金属材料还具有散热、隔热的特殊性能，这种材料是热的良导体，是优良的传热介质，可以再材料遭受高密度热流时进行散热和隔热，由于超轻多孔技术材料的孔隙率比较大。因此在结构孔隙中填充隔热纤维，就可以达到散热和隔热的目的，这样的特性得到航空工业的热捧，在航天结构隔热部件的领域达到很好的应用。

1.5 吸声性能

经过对超轻多孔金属材料的反复试验研究表明，这种材料具有良好的吸声性能，而且在一定范围的孔径范围内材料的吸声效果会更好，与其他吸声材料进行比较，超轻多孔材料的优势更加的明显，超轻多孔金属的高强度和刚度以及耐高温、隔热、耐腐蚀特性显而易见。

此外，多孔金属拥有大量的内部空间，还较易实现多功能集成。由此可见，超轻多孔金属材料比传统材料优势明显很多，在很多的领域都在使用超轻多孔金属材料，对我国国防工业、航空工业都起着至关重要的作用。

2 超轻金属多孔材料在军事上的应用

2.1 作为板材的应用

超轻多孔金属材料在军事上也得到了应用，利用材料的强度、刚度以及延性的特点将超轻材料制作成不锈钢夹心层结构，这种材料制成的金属板比其他材料制成的金属板相比较具有材质轻、刚度高、强度高，这种材料制成的金属板具有隔热、散热、耐高温以及吸声效果好的特点，现在在军事上采用超轻金属多孔材料制成的金属板来制作单片防火墙以防止发动机舱热量和噪音影响乘务人员，也可以制成管状可以用做军用汽车消声器和排气装置。

2.2 作为减振、降噪材料应用

超轻多孔金属材料在减震和降低噪音方面也是效果很好的，这种材料应用在降噪音方面是比较可取的，因为这种材料具有高强度和刚度以及良好的吸声性、耐腐蚀、隔热、散热等性能，使其可以应用于恶劣的工作环境。针对高孔隙率通孔铁基（或镍基）泡沫耐高温的优点，将此材料用于航空发动机内衬作为一种声衬材料，实验证明，吸声效果明显。另外这种材料在艇外层吸声材料方面也得到应用。

2.3 轻质高效电磁波屏蔽、吸收材料和隐身材料

电磁波（光波）在晶体材料中的干涉、传输和吸收的规律和机理，使得当前一种新型材料-光子晶体的诞生，其特点就是在微观规则排列的条件下，只有一定带宽的电磁波可以通过该材料，从而可以对电磁波谱（光谱）进行筛选，光纤之父-高琨就在一方面取得开创性的研究获得诺贝尔物理学奖。金属材料对电磁波有着更好的屏蔽效果，因此在电磁设备电路板或电磁设备周围设备一定的金属多孔材料，对电磁波的屏蔽和吸收会起到很大的作用。国外一些著名的手机生产厂家，例如Blackberry就在其手机电路板周围加置了金属多孔材料，使得手机信号清晰，辐射也非常低。

微观规则排列的电容、电感可以通过局域共振的原理使通过该材料的电磁波或者光波产生负折射的效果。这一效果的产生影响非常深远，这种材料也因这一特殊的性能而被命名为“左手材料”。2006年，麻省理工大学根据这一原理，研制出世界上第一件隐身衣。相信不久的将来，这种材料将会应用于飞机等一系列需要隐身的武器装备上来。

2.4 作为散热材料

超轻金属多孔材料具有良好的散热性能，在需要散热的结构件中采用开孔结构，热量就可以从金属泡沫的液体和气体中散热。为了更好的散热我们必须对材料的结构进行优化处理，这样可以更好发挥材料的散热效果。在军用计算机芯片散热上，通孔金属泡沫具有更高的热传导效率。在航天器的散热与热均匀散布方面，金属多孔材料也得到充分的应用。

2.5 作为防护材料

超轻金属材料是比较好的防护材料，这也是新型材料比较受欢迎的原因之一，尤其对新材料在军事和防恐怖领域中的应用具有重要意义。

3 结束语

金属多孔材料的发展，交叉融合材料科学与工程、力学、计算数学、热学、声学、机械学、微电子学等学科，在建立并完善性能表征理论的基础上对材料的微观构型与宏观结构进行一体化设计和多功能、多学科协同设计，从而深入揭示其优化制备方法，最终建立材料制备、设计、性能表征、性能测试与评定的标准化等的完整科学和技术体系，将为新军事变革和军事科学技术的进步带来更加深远的影响。

作者简介：邱亮（1983，8-），男，青海西宁人，毕业于国防科学技术大学，本科，编辑，主要从事军事教育。endprint

摘 要：随着加工技术和材料制备的逐渐发展，使得超轻多孔金属出现了新的物理特性而产生一种新型材料。超轻多孔金属这种新型材料的具有良好的可塑性和可改造性，可以依据实际需要在新型材料生产前对材料的结构进行有目的性的设计和组合优化，这样超轻多孔金属的多功能的特性会更好的发挥作用。超轻金属的机械性能也很优良。文章通过对超轻金属多孔材料的发展与回顾，阐述了超轻多孔金属材料的特点与发展趋势，并对其在军事领域的应用做以研究。

关键词：超轻；多孔材料；泡沫金属；军事

1 超轻金属多孔材料的分类与性能

相对于传统的材料，超轻金属多孔材料的结构千变万化，这种材料的孔隙率非常的高的且孔径的大小由毫米到微米甚至到纳米级。

1.1 超轻

由于超轻金属多孔材料的孔隙率很高，这样导致超轻多孔材料的密度不如传统材料大，由于多孔材料的分子结构千变万化，因此材料的制备方法也是千变万化，但是超轻金属多孔材料的孔隙率会更大大致在90%-99%之间，这个数据我们可以看出在最小密度可以达到只占基体材料的1%，导致材料的本身很轻。

1.2 高强韧、耐撞击

经过的大量的试验数据表明，超轻多孔金属材料是比较耐撞击和韧性很强的材料，在对这种材料的样本进行试验分析时，材料的承受压力时的应力变化和应变变化在塑性变性阶段几乎不变，在材料承受压力时将能量转化为热能最终以散热的形势耗散。此外超轻多孔金属材料具有很强的韧性，这样的特性可以防止材料存在裂纹和缺陷时出现材料的破坏，有利于对材料进行探伤检测和监控。

1.3 高比强、高比刚度

在航空工业已得到广泛应用的蜂窝铝层合板壳（闭孔）有很好的机械性能，但其价格昂贵（蜂窝铝的国际市场价格～$4000/kg，是闭孔泡沫铝的100-1000倍），同时其性能有很强的方向性。人们发现制造成本相对低得多的点阵材料的比刚度几乎可与蜂窝材料相媲美（见图1），而其比强度甚至更高。

图1 各种最轻重量结构的比较

1.4 高效散热、隔热

超轻多孔金属材料还具有散热、隔热的特殊性能，这种材料是热的良导体，是优良的传热介质，可以再材料遭受高密度热流时进行散热和隔热，由于超轻多孔技术材料的孔隙率比较大。因此在结构孔隙中填充隔热纤维，就可以达到散热和隔热的目的，这样的特性得到航空工业的热捧，在航天结构隔热部件的领域达到很好的应用。

1.5 吸声性能

经过对超轻多孔金属材料的反复试验研究表明，这种材料具有良好的吸声性能，而且在一定范围的孔径范围内材料的吸声效果会更好，与其他吸声材料进行比较，超轻多孔材料的优势更加的明显，超轻多孔金属的高强度和刚度以及耐高温、隔热、耐腐蚀特性显而易见。

此外，多孔金属拥有大量的内部空间，还较易实现多功能集成。由此可见，超轻多孔金属材料比传统材料优势明显很多，在很多的领域都在使用超轻多孔金属材料，对我国国防工业、航空工业都起着至关重要的作用。

2 超轻金属多孔材料在军事上的应用

2.1 作为板材的应用

超轻多孔金属材料在军事上也得到了应用，利用材料的强度、刚度以及延性的特点将超轻材料制作成不锈钢夹心层结构，这种材料制成的金属板比其他材料制成的金属板相比较具有材质轻、刚度高、强度高，这种材料制成的金属板具有隔热、散热、耐高温以及吸声效果好的特点，现在在军事上采用超轻金属多孔材料制成的金属板来制作单片防火墙以防止发动机舱热量和噪音影响乘务人员，也可以制成管状可以用做军用汽车消声器和排气装置。

2.2 作为减振、降噪材料应用

超轻多孔金属材料在减震和降低噪音方面也是效果很好的，这种材料应用在降噪音方面是比较可取的，因为这种材料具有高强度和刚度以及良好的吸声性、耐腐蚀、隔热、散热等性能，使其可以应用于恶劣的工作环境。针对高孔隙率通孔铁基（或镍基）泡沫耐高温的优点，将此材料用于航空发动机内衬作为一种声衬材料，实验证明，吸声效果明显。另外这种材料在艇外层吸声材料方面也得到应用。

2.3 轻质高效电磁波屏蔽、吸收材料和隐身材料

电磁波（光波）在晶体材料中的干涉、传输和吸收的规律和机理，使得当前一种新型材料-光子晶体的诞生，其特点就是在微观规则排列的条件下，只有一定带宽的电磁波可以通过该材料，从而可以对电磁波谱（光谱）进行筛选，光纤之父-高琨就在一方面取得开创性的研究获得诺贝尔物理学奖。金属材料对电磁波有着更好的屏蔽效果，因此在电磁设备电路板或电磁设备周围设备一定的金属多孔材料，对电磁波的屏蔽和吸收会起到很大的作用。国外一些著名的手机生产厂家，例如Blackberry就在其手机电路板周围加置了金属多孔材料，使得手机信号清晰，辐射也非常低。

微观规则排列的电容、电感可以通过局域共振的原理使通过该材料的电磁波或者光波产生负折射的效果。这一效果的产生影响非常深远，这种材料也因这一特殊的性能而被命名为“左手材料”。2006年，麻省理工大学根据这一原理，研制出世界上第一件隐身衣。相信不久的将来，这种材料将会应用于飞机等一系列需要隐身的武器装备上来。

2.4 作为散热材料

超轻金属多孔材料具有良好的散热性能，在需要散热的结构件中采用开孔结构，热量就可以从金属泡沫的液体和气体中散热。为了更好的散热我们必须对材料的结构进行优化处理，这样可以更好发挥材料的散热效果。在军用计算机芯片散热上，通孔金属泡沫具有更高的热传导效率。在航天器的散热与热均匀散布方面，金属多孔材料也得到充分的应用。

2.5 作为防护材料

超轻金属材料是比较好的防护材料，这也是新型材料比较受欢迎的原因之一，尤其对新材料在军事和防恐怖领域中的应用具有重要意义。

3 结束语

金属多孔材料的发展，交叉融合材料科学与工程、力学、计算数学、热学、声学、机械学、微电子学等学科，在建立并完善性能表征理论的基础上对材料的微观构型与宏观结构进行一体化设计和多功能、多学科协同设计，从而深入揭示其优化制备方法，最终建立材料制备、设计、性能表征、性能测试与评定的标准化等的完整科学和技术体系，将为新军事变革和军事科学技术的进步带来更加深远的影响。

作者简介：邱亮（1983，8-），男，青海西宁人，毕业于国防科学技术大学，本科，编辑，主要从事军事教育。endprint