泡沫金属 课件

1、2.6 泡沫金属12022/7/13目录泡沫金属的性能泡沫金属的应用泡沫金属的概念分类22022/7/131、泡沫金属的概述什么是泡沫金属？3泡沫金属是指含有泡沫气孔的特种金属材料。通过其独特的结构特点，泡沫金属拥有密度小、隔热性能好、隔音性能好以及能够吸收电磁波等一系列良好优点，是随着人类科技逐步发展起来的一类新型材料常用于航空航天、石油化工等一系列工业开发上。2022/7/13泡沫金属的主要分类方式4(1)按孔径和孔隙率的大小分为两类,多孔金属和泡沫金属。孔径小于0.3mm,孔隙率在45%90%的,称为多孔金属(porous metal);而孔径在0.56mm,孔隙率大于90%的,称为泡沫

2、金属(foam metal);(2)按孔的形状特征进行分类:具有通孔结构的称为多孔金属,具有闭孔结构的称为胞状金属;(3)该材料最初采用发泡法制备称为发泡金属,而后发展了渗流铸造等制备方法又称之为通气金属;(4)按其基体的种类进行分类:多孔泡沫铝,多孔泡沫铸铁,多孔泡沫铝合金,多孔泡沫镍等。2022/7/13泡沫金属的结构参数5由于泡沫金属内部存在许多孔隙,孔隙的大小、多少、均匀性、连通及封闭都将影响它的性能。主要参数有孔径,总孔隙度和有效孔隙度,通孔度,密度及比表面积。（1) 孔径孔径一般指孔隙的平均直径，这是泡沫金属的基本参数。泡沫金属的孔径一般较大，0. 1 10mm或更大( 一般粉末冶

3、金金属孔径不大于0. 3mm) 。( 2) 总孔隙度和有效孔隙度总孔隙度指所有孔隙的体积与总体积之比( 可用称重法求得) 。由于并非所有孔隙都相互连通，把连通的孔隙体积与总体积之比称为有效孔隙度。只有当所有孔隙都连通时，总孔隙度与有效孔隙度才相等。泡沫金属的孔隙度比较高，在40% 90%之间。2022/7/1362022/7/13（3) 通孔度任何截面上，孔隙通道直径平均值与孔隙孔径平均值之比为通孔度。( 4) 密度及比表面积泡沫金属的密度低，一般只有同体积金属的1 /10 3 /5 。它的比表面积则较大，为10 40cm2 /cm3。72022/7/13泡沫金属的制造方法（1）烧结法该方法是

4、以金属颗粒或纤维作为原料，经过成形和烧结过程制造多孔质泡沫金属的方法。包括颗粒烧结法和纤维烧结法。（2）电镀法该方法是在具有三维网状结构的特殊高分子材料的骨架上，电镀各种金属，再经陪烧除去内部的高分子材料，而制得泡沫金属。这种泡沫金属被称为海绵金属，其空孔率可达到98%。（3）加压铸造法先在型内填充颗粒，再采用加压铸造法把液态 金属压入颗粒的间隙中而制造泡沫金属的方法称为加压铸造法。其中包括溶出法，多孔质颗粒分散法，中空三维骨架法(4)发泡法通过向金属液中加入发泡剂或吹入气泡使金属发泡的方法称为发泡法，其中包括溶解度差法，粉末冶金法，无重力混合法，金属液直接混合法( 熔化，增粘，混合，发泡，冷

5、却) 。2、泡沫金属的性能影响泡沫金属性能的因素有:(1)基体金属的性能;(2)相对密度;(3)孔结构类型(开口或者闭孔);(4)孔结构的均匀性;(5)孔径大小;(6)孔的形状和孔结构的各向异性性;(7)孔壁的连接性;(8)缺陷(如孔壁的不完整性等), 以上因素中, 相对密度对泡沫金属性能的影响最大。(1)重量轻、密度低由于在金属基体中存在许多大大小小的孔隙, 因此使这种材料明显有重量轻。密度低的特点。泡沫铝的密度范围在0 .2 0 .5g/cm3 , 其平均值只有铝的1/10 。(2)透过性能透过性能是通孔泡沫金属的又一特性, 通过对泡沫金属孔结构(如孔隙度、孔径大小、通孔度等)的调整, 可

6、以获得不同透过性能要求的泡沫金属材料。(3)力学性能泡沫金属的抗压强度和抗弯强度较高，泡沫铝的抗拉强度只有铝的1/100 左右,。泡沫铝的刚性较差, 如泡沫铝没有金属铝所具有的延展性, 受到压力几乎不发生塑性变形, 由弯曲试验测得泡沫铝的弹性模量约为铝合金的1/50 1/100 。(4)吸收冲击功特性泡沫金属材料具有独特的网状、无方向性多孔结构, 而又无反弹作用。通过对这种材料进行应力-应变试验 ,发现它的应变强烈滞后于应力, 在压缩应力-应变曲线中包含一个很长的平稳段, 因而泡沫金属是一种具有高冲击功吸收特性的材料。(4)吸收冲击功特性泡沫金属材料具有独特的网状、无方向性多孔结构, 而又无反

7、弹作用。通过对这种材料进行应力-应变试验 ,发现它的应变强烈滞后于应力, 在压缩应力-应变曲线中包含一个很长的平稳段, 因而泡沫金属是一种具有高冲击功吸收特性的材料。（5）优良的导电性泡沫金属具有独特的导电性, 使之能应用于非金属泡沫(陶瓷和塑料泡沫)所不能胜任的导电环境(如电极材料).泡沫金属的电导性主要与泡沫基体的电导性有关.然而, 泡沫金属的电导率由于:其中大量非导电孔隙的存在;基体中的非导电物质(如氧化物);与电压降方向垂直排列的连接边和孔壁对电导不起作用等因素的影响, 比实体金属的电导率要低得多.另外, 泡沫金属还具有电磁屏蔽效应, 有资料表明, 铝泡沫(Alulight)的电磁屏蔽

8、效果与相同厚度的铝板材相当, 并优于相同质量的硅钢片。(6)声学及电磁性能对于通孔泡沫金属, 当声波接触金属表面时, 经过漫反射进入泡沫金属的孔隙内, 使金属内部振动,将声能转变为热能,起到消音的作用。用电磁波对泡沫金属进行试验, 发现泡沫金属也有吸收电磁波的作用, 因此泡沫金属还有对电磁波的屏蔽作用。(7)热物理性能泡沫金属一般有高的耐热性能, 即使温度达到基体合金的熔点也不溶解, 例如,ALMAG 合金的使用温度范围为560 640 , 但是ALMAG 合金的泡沫合金在大气中加热到1400 也不溶解。2、泡沫金属的应用在过去，国内外对于泡沫金属的研究主要侧重于制造方法的研究，泡沫金属的应用

9、往往仅停留在作为结构材料方面，常常被作为结构材料用于汽车工业、航空航天工业、建筑工业和造船工业等领域。随着科学技术的发展以及学科交叉的深入，广大科技工作者逐渐认识到泡沫金属更重要的是一种利用表面的功能材料，其独特的结构与性能使它在热交换、过滤器、催化剂、轻质材料、可塑能量吸收材料方面具有更广泛的应用前景。(1) 过滤和分离器泡沫金属具有优良的渗透性，是一种很好的过滤材料。利用泡沫金属的孔道对流体介质中固体粒子的阻留与捕集作用，将气体或液体进行过滤和分析，从而达到介质的净化和分离作用。可用于清除气体、液体中的固体颗粒，如石油、汽油、制冷剂、高炉气等的过滤、净化，特别是一些需要在高温下过滤的气体、

10、液体(如金属液)，更能显示出泡沫金属过滤器的优越性（2）多孔电极材料相对于其它多孔材料而言，泡沫金属导电性能良好，具有一定自支撑能力和很大比表面积以提供广阔的界面化学电荷传递空间，因而成为一种优良的电极材料，适用于各种蓄电池、燃料电池、空气电池和太阳能电池。电化学工业中常用的多孔电极材料有泡沫铁、泡沫镍和泡沫钛等。（3）热交换器泡沫金属材料有很大的比表面积，能与气体和液体进行迅速的热交换，是热交换和加热、散热的有效材料。如飞机的消冰装置和防冻装置，在机翼前面装上通孔泡沫铝板，将加热的气体或防冻剂从泡沫铝板中喷出即可达到消冰的目的。泡沫金属材料由于存在大量孔隙，火焰通过孔隙管道时与材料产生热交换

11、，燃烧物的热量通过多孔壁而消失，从而使火焰熄灭。从这种意义上说，阻火器也是一种热交换材料。（4）催化基体材料化学反应尤其是有机化学反应中，催化剂常常起着非常重要的作用，催化剂的表面积也是越大越好，高孔隙率使得泡沫金属具有大的比表面积。化工行业中，可直接使用泡沫镍作镍催化剂，或将泡沫镍制成催化剂载体，高孔隙率的泡沫金属作为支撑物有可能使催化剂高度分散，发挥更大的作用，其性能远远优越于陶瓷催化剂载体。(5) 减振消声材料能量吸收是泡沫金属材料的重要用途，其中缓冲器与吸震器是典型的能量吸收装置，其应用从汽车的防冲装置直至宇宙飞船的起落架，以及升降机减震垫、传送器安全垫和高速磨床防护罩吸能内衬等。通孔

12、泡沫金属材料的不连续的显微组织是很好的声音屏障，声能可消耗于它所通过的孔道中。泡沫金属具有可与最好的声控材料（聚合物泡沫）相媲美的声性能，并能在高温下加以保持，因此泡沫金属可用于产生噪音的装置中作消声器和缓冲器。(6)电磁屏蔽材料泡沫金属的电磁波吸收性能可用于电磁屏蔽、电磁兼容器件，制作电子仪器的防护罩等。现代电子工业的高速发展和电子器件的广泛应用，使电磁波辐射普遍严重。这不仅会对其他电子设备产生干扰，而且还会造成信息的泄漏，屏蔽措施就显得十分重要。泡沫金属在这方面的应用主要是孔隙全部连通的泡沫铜或泡沫镍，它们透气散热性好，密度低，比金属网的屏蔽性能高得多，体积也比玻璃窗小，轻便，更适合于移动设备的使用。(7)生物医用多孔材料由于人体的体液是一种含蛋白质的氧化性盐溶液，