金属纤维多孔材料的制备与应用研究

摘要：金属纤维多孔材料作为兼备结构与功能的材料，凭借其良好的导热、耐高温等优势，逐渐备受关注，且在生活实践中被广泛应用。而本文将对其制备与应用问题进行探究，其目的旨在为金属纤维多孔材料的性能优化，提出几点个人建议，进而助力其在更多领域发挥更大的价值。

关键词：金属纤维;多孔材料;制备;应用

引言

金属纤维多孔材料是一种复合结构功能材料，不仅具备金属所拥有的良好的导热、导电、耐高温等特点，且三维网状的多孔结构，让其具有高强韧性、高能量吸收等性能，进而一跃成为工业、生物等领域的重要材料，为了加深大众认知，为了使其功能不断优化，下文将对其相关问题进行探究。

一、金属纤维多孔材料的制备分析

金属纤维多孔材料的制备，与材料制备、机械加工技术的发展有着极大的关系，只有两者均具备超高水平的情况下，才能制备出金属纤维多孔材料。而当前，其制备的方式主要有两种，一种是传统制备，一种是在传统制备基础上衍生的增材制造，具体如下：

1、传统制备

传统制备技术主要包含金属纤维制备与金属纤维多孔烧结两项，在金属纤维制备方面，目前主要有熔抽法、切削法、线材拉拔法3类，如熔抽法，这种制备方法相对简单，且成本较低，但是也存在一定的弊端，生产出来的纤维表面相对粗糙，丝径不均，且拉伸强度较低，再如，线材拉拔制备，这种方式制备的金属纤维虽然丝径均匀、表面光滑，但工序中无用功环节较多，使其生产成本较高，故而，就目前情况而言，在金属纤维的传统制备方面，仍有待技术的提升。

在金属纤维多孔烧结方面，目前常用的主要有固相烧结和液相烧结两种。固相烧结技术，其方法操作相对简单，且成本较低，技术也相对成熟，已经被广泛的应用在制备金属纤维多孔材料当中，其主要是将金属纤维制成一定形状和尺寸的压坯后，在真空或还原性气氛保护、处于熔点以下的条件下直接烧结成形，而液相烧结技术则适合制备高熔点金属纤维多孔材料，相较于其他制备方法，制备的材料结合强度更高、结构更为稳定，但常常会受到材料的熔点、表面能等因素限制。

2、增材制造

增材制造是一种较为新型的金属纤维多孔制备技术，其又被称之为3D纤维沉积法，工作时，主要借助计算机相关技术完成，在实际制造中，将计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）结合，在氮气气氛保护下将熔融金属粉末从喷嘴挤出，通过逐层定向沉积形成金属纤维多孔材料，相信这项技术在不久的将来，能够成为金属纤维多孔材料制备的最主流方式。

二、金属纤维多孔材料的应用

目前，金属纤维多孔材料已经凭借其自身的诸多优点，而被广泛的应用在过滤分离、吸声降噪、高效换热、阻尼减振、生物医学等领域，并成为推动领域发展的中坚力量。具体如下：

1、过滤分离领域

新世纪之后，世界各国都对环境保护问题给予了高度重视，并纷纷采取各种手段，避免人为造成的环境污染，我国也不例外，而金属纤维多孔材料，在环境污染治理方面，则是优质材料，其在捕捉和阻碍流体介质中的固体颗粒和悬浮物，与传统的丝网过滤等方式相比，过滤作用明显，它具有高强度、孔道均匀、比表面积大、流通能力强等优势，且能够适应高温、腐蚀等恶劣环境，因此，被应用在洁净煤、高温煤气除尘等众多领域，为环境保护工作作出了巨大贡献。

2、吸声降噪领域

金属纤维多孔材料不仅具有较好的过滤功能，且吸声能力强大，因此，是很好吸声降噪材料。长久的置于噪音环境中，会使人的身心受到严重的负面影响，而金属纤维多孔材料，凭借其低密度、高比刚度、高强度、耐高温性能和优异的机械性能，可以将声音分贝降低，且能适应高温、强振等恶劣环境，故而，其被广泛的应用在演播厅、机场跑道、轨道交通等诸多领域。

3、高效换热领域

换热设备是能源转换、传递、存储和利用的关键，金属纤维多孔材料不仅能满足基本的换热性能要求，而且因孔隙内强制对流换热，具有高热传导系数、高比表面积、体积微型化以及降低成本等優点，被应用于热交换器、微电子、表面燃烧器等领域。目前市场上换热元件多为紫铜和不锈钢多孔材料。

4、阻尼减振领域

大功率推进装置、离心机、涡轮机等装备由于工作过程中剧烈的流体摩擦，会引起运行精度下降、效能降低以及结构疲劳损伤等一系列问题。金属纤维多孔材料由于其本身具有贯通的孔隙结构，在发生变形时能起到缓冲吸能的作用，从而使装置内部的破坏程度减小。乔吉超等通过研究不同孔隙率不锈钢纤维多孔材料的压缩性能，发现随着孔隙率的降低，多孔材料的能量吸收能力越来越强。为了表征金属纤维多孔材料无序孔结构和压缩性能的关系，刘世锋等借助ABAQUS软件建立了多种三维模型，对钛纤维多孔材料的压缩性能进行了有限元模拟，确定了不同结构参数的影响，并发现孔数量最多处会优先发生塑性变形。

结束语

综上所述，金属纤维多孔材料优点众多，与传统的金属材料相比，无论在刚度、韧性，还是吸收能力方面，都要优于传统金属材料很多，且能够适应高温、潮湿、高振等恶劣环境，因此，金属纤维多孔材料是一种十分优质的材料，相信不远的未来，其身影一定会在更多的领域中出现，并成为其行业发展的重要力量。

参考文献：

[1]王建忠，汤慧萍，敖庆波等.金属纤维多孔材料复合结构的声学性能[J].中国材料进展，2017（c1）

[2]敖庆波，王建忠，李爱君.金属纤维多孔材料的吸声性能[J].稀有金属材料与工程，2017（2）

作者简介：钟江川，出生日期：1999年2月16日，性别：男，籍贯：四川省成都市，专业：材料科学与工程，学校：四川轻工化大学