多孔金属材料的制备工艺及性能探究

谢中柱许并社樊建锋

（1.太原学院机电工程系，山西 太原 030032；2.太原理工大学新材料工程技术中心，山西 太原 030024；3.太原理工大学材料科学与工程学院，山西 太原 030024）

多孔金属材料的制备工艺及性能探究

谢中柱1，2，3许并社2，3樊建锋2，3

（1.太原学院机电工程系，山西 太原 030032；2.太原理工大学新材料工程技术中心，山西 太原 030024；3.太原理工大学材料科学与工程学院，山西 太原 030024）

本文介绍了多孔金属材料的发展情况，以多孔金属材料的制备工艺为主，阐述了其功能应用及未来发展。多孔金属材料的制备方法主要体现在熔体、粉末和沉积三个方面。介绍了各种工艺的制备原理和性能以及优缺点和工艺的金属材料，并简单介绍了国内的造孔剂给多孔金属材料带来了现在的状况和成果。多孔金属材料的用处多，可以用于结构和功能上，有益于减振、吸能及轻量化。

多孔金属材料；制备工艺；性能应用

随着社会的进步，多孔金属材料越来越发展快速，已经成为近几十年来发展的新型结构和功能的材料，它的内部分布着多量的孔洞。孔洞又分为闭孔和开孔。闭孔材料的比重较小，它的刚度和强度比较大，吸振性能强，它的孔洞一般都是单独存在的，这是与开孔不同的地方；开孔的渗透性和通透性比较好，一般都是三维多孔结构组成的，它的特点可能比闭孔更好一点。这种多孔的金属材料的应用领域也是越来越广泛，不仅在交通领域、建筑工程等领域，在航天技术上有着更大的作用。

1 多孔材料的金属熔体的工艺

1.1 熔体发泡法

熔体发泡法是一种向熔融金属中加入发泡剂的方法，这种发泡剂能够使金属受热分解产生气体，产生的气体会凝固在金属的内部，经过处理的过程，最后生成多孔材料。使用这种方法一般都是低熔点的金属，关键就在于选择合适的发泡剂。这种发泡剂要适应金属熔体的材料，在选择上也是一种必须的工作。这种金属工艺虽然简单方便，但是制成的多孔金属材料可能还有待提高质量。

1.2 渗流铸造法

渗流铸造法是另外一种金属熔体的方法，它是将无机或者有机的可溶性颗粒或者是中空球放在耐高温的铸模内，然后在这些孔隙中渗入金属溶液，然后通过其他的热处理方法将颗粒去除，最终得到想要的多孔金属材料。这种制造方法成本低，但是在一定程度上，它制成的多孔金属的空隙率比较低，适用于多孔金属材料。但是还是要提高它的制造质量，这样才能使得制造的多孔金属材料质量优质。

1.3 熔模铸造法

还有一种方法是熔模铸造法，它首先是要形成一个模具，要将发泡的塑料中填入一定几何形状的容器中，然后在他的周围填上高熔点的金属材料，材料升温加热由硬化变成气化，形成带有塑料状的模具，再将液态金属浇筑在模具上冷却去除多余的高熔点材料，最后形成多孔金属。这种方法的好处就在于制成的孔隙率比较高，但是它的弊端就在于成本高，制成的多孔金属材料数量比较低，一般适用于制造多孔铅和铝。

1.4 气体吹入法

气泡吹入法首先就要对熔融金属进行处理，然后在这些金属中加入增稠剂颗粒，稳定好之后在这些熔融金属的底部进行吹起处理，使这些金属在溶液中产生气泡，使这些气泡均匀存在再进行冷却，最终得到多孔的金属材料。这种方法是目前制造多孔金属材料比较省钱的方法，并且和其他方法相比具有简单方便的好处，比较适合多孔金属材料的制备，适合工艺的发展。

1.5 固—气共晶反应法

固—气共晶反应法是一种跟化学有关的方法，它主要是在高氢的情况下进行融化金属，然后就会在这种情况下产生含有氢气的金属液，金属液还会随着温度的变化而变化，只要温度降低，金属液产生反应会形成一定形状的模具，然后气体析出后就会形成多孔金属。这种方法是制造多孔金属材料的一种新型技术，但是制备孔洞的结构是最困难的，也在一定程度上增加了困难性。

2 多孔金属材料的粉末制备工艺

2.1 粉末烧结法

粉末烧结法是另外一种工艺的制备方法，它主要是要形成一个预制体，这个预制体是由金属粉末和造孔剂均匀混合形成的，然后加热这个预制体可以得到多孔金属材料或者是直接用金属粉末形成一个模具然后进行烧结，这种方法就是粉末烧结法，他为主要用于电极的使用制造上。这种方法有好处，主要在于粉末好控制，孔洞的尺寸好掌握，时间和温度的控制上也是比较方便的。这种方法制造出来的孔洞金属材料的孔洞细小，比较均匀，主要适用于制备多孔的镁铜等金属材料。

2.2 浆料发泡法

浆料发泡法包括金属粉末、发泡剂和活性添加剂，首先是要将浆料混合注入模具中，然后放在温度较高的环境下，使得浆料处于一定的黏度，然后发泡剂在加热的情况下产生气体，放在浆料中，最后烧结成多孔的金属材料。这种方法适合用于不锈钢等一些金属材料。这种方法下的多孔金属材料的孔隙率高并且制造成本低，是一种适合应用的制备工艺，符合人们的使用条件。

2.3 空心球烧结法

这种方法主要适用于制造含有开孔和闭孔的多孔金属材料，而且这种方法制成的材料的孔的尺寸分布是进行选择的，它是由空心球的选择而选择的，所形成的孔洞尺寸也是稳定的，所以他的一些物理和化学性能也是可以进行预估的，比较方便。

3 多孔金属材料的沉积技术的制备工艺

3.1 电解沉积法

电解沉积法采用电镀工艺的方法在开口结构的骨架表面镀层金属，然后在高温的情况下烘焙除去内部的开口结构材料，这样制成多孔的金属。这种高孔率的开口结构材料主要采用有机泡沫，这种泡沫成三维网状。目前国内外普遍采用这种方法进行制造多孔的金属材料，这种情况下制成的金属材料孔隙率高，孔的分布比较均匀，孔隙之间也是相互相通的，但是好的方法还是存在弊端就是成本比较高，生产时间比较长。

3.2 气相沉积法

气相沉积法是在真空的气氛下将液体金属挥发成金属蒸汽，然后再沉积在其他的聚合物上，最终形成一定程度的金属沉积层，再经过冷却加入物理和化学的方法再将聚合物去除，最终得到金属材料。这种方法的好处就在于适应于任何金属和合金，孔隙率比较高，适用性也是比较强的，但是对于设备的要求比价严格，沉积速度比较慢，成本很高。

4 多孔金属材料的应用

多孔金属材料的应用主要体现在金属中孔洞的结构和孔洞的数量、形状和孔洞的类型。多孔金属材料不仅是结构材料同样是功能材料。它的性能很多，主要体现在它的机械性能、物理性能、声学性能和渗透性能等，在应用金属材料的进程中有着不可替代的作用。在功能使用方面，多孔金属材料又因为它的多孔的特点具有减振、吸收声音和很好的渗透功效，大量的适用于各种催化剂和催化剂载体上，同样还可以加工成加热棒、隔音板和电热设备。在医学上，同样可以使用不同的方面，可以用于造骨骼上，治疗疾病也是一件重要的应用，用处会随着社会的进步越来越多。在工业发展上，充分发挥了它耐高温和耐高压的特点，将是工业发展上必不可少的发展历程。

对于多孔金属材料的大部分使用都是要求在保证基本的使用强度下追求好的孔洞率和高的通孔率，这样的使用条件下才会使产品的使用性能达到最大的使用状态。一方面使得多孔金属材料的产量大量增长，规模会越来越大；另一方面也会使三维网状结构的高孔率金属遍及在所有的多孔金属材料的领域上，发挥多孔金属材料的优势。体现多孔金属材料的使用已经是社会上关注的一个话题，因此，我们改进制作多孔金属材料的制备工艺是我们很有意义的事情，会成为在机械领域上一件重要的事情。

5 多孔金属材料的发展未来

多孔金属材料是一种新兴材料体系，其中最显著的特点就是具有规则排列、大小可调的孔道结构，在特有的机械、光学结构以及生物医学领域有更为广阔的应用前景。多孔金属材料的制备工艺主要体现在烧结法、鋳造法和金属沉积法。虽然制造的工艺比较多，方法比较齐全，可是在现阶段的发展下还不是特别的完善，对于孔洞的均匀性、形成的时间和孔洞的使用仍然需要进一步的改善。多孔金属材料正朝着一个崭新的时代历程快速发展。尤其是在数字建模方面，加快了发展计算机的模拟系统，完善了各类的理论模型，优化了设备以及合成工艺，这将是多孔金属材料发展的重点。目前，多孔金属材料的制造设备正处在发展阶段，相信在不远的未来 多孔金属材料的制备工艺会越来越完善。

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[3]于永亮，张德金，袁勇，刘增林.金属多孔材料的制备及应用[J].莱钢科技，2011(3).

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