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泡沫金屬是一種在金屬基體中形成無數(shù)個氣泡的多孔質(zhì)金屬材料，又稱為多孔泡沫金屬，由于它兼具金屬特性和非金屬的一些特殊物理性能，得到國內(nèi)外的普遍關(guān)注，近 50年來在泡沫金屬研制、應(yīng)用開發(fā)方面及其結(jié)構(gòu)性能的理論研究都有很大的進展．

1 泡沫金屬國內(nèi)外發(fā)展概況

自從 1948年由美國的 SOSNIK首先在鋁中加入汞制出泡沫鋁以來 ，研究人員對泡沫金屬的制備、性能研究、應(yīng)用開發(fā)等方面做了大量的工作 在 60~70年代就使制備泡沫金屬的方法體系大體固定下來，可分為鑄造法、金屬沉積法、粉末冶金法、噴鍍沉積法等 其中尤其以鑄造法最為經(jīng)濟，近些年來已在實際應(yīng)用中取得很大進展．如美國羅阿公司及美日合作分別用直接發(fā)泡法和熔模鑄造法成功地制取了鉛合金牌號為 7075、ALMAG35的泡沫鋁型材.

從泡沫金屬的出現(xiàn)到 20世紀(jì) 70～80年代 ，研究主要集中在泡沫金屬的制備方面．比如，在制備泡沫金屬鋁時的增粘問題的解決對泡沫鋁的制備有很大的推動作用 ；另外，氣泡核心機理的提出及應(yīng)用對泡沫金屬的制備又是一次很大的突破，這種理論就如同金屬凝固過程中加入形核劑一 樣，使泡沫金屬的直接成型成為可能.

現(xiàn)在對泡沫鋁的生產(chǎn)已經(jīng)能夠進行從發(fā)泡到成型過程的連續(xù)生產(chǎn).

(A)為可以連續(xù)生產(chǎn)大型鋁材；(B)為可以連續(xù)生產(chǎn)有一定厚度的大型板材；(c)為可以用來生產(chǎn)某一形狀的鑄件；(D)為可以連續(xù)生產(chǎn)某一形狀的鑄件．這種方法就是根據(jù)氣泡核心理論獲得穩(wěn)定的泡沫金屬液，進而將其引出成型，獲得所需形狀的成品．

另一方面對改善泡沫金屬性能方面進行了研究，各國都投入了大量的人力物力，研究的內(nèi)容主要包括對發(fā)泡金屬的合金化、熱處理、纖維增強或其它一些增強的方法 ．其中以烏克蘭冶金學(xué)家沙波瓦洛夫研制的 Gasser高強多孔泡沫材料最為典型，這種材料具有高度的結(jié)構(gòu)完整性，和常規(guī)多孔泡沫材料比，強度和剛度都高得多．

另外，最近幾年在理論方面也開始對泡沫金屬進行系統(tǒng)的研究．首先，在泡沫金屬的結(jié)構(gòu)參數(shù)上的研究，人們越來越感覺到泡沫金屬在物理結(jié)構(gòu)上的特殊性，它不僅是一種結(jié)構(gòu)材料，而是種具有許多物理性能的多功能材料．它的那些特殊的性能都能從它的結(jié)構(gòu)上找出原因．例如泡沫金屬孔隙通孔率與閉孔率的測定研究、孔徑的統(tǒng)計測量、比表面積的測量及這些參數(shù)對泡沫金屬性能的影響 ．其次，是對泡沫金屬性能方面如泡沫金屬的變形特性、吸聲特性、阻尼內(nèi)耗特性等的研究．這些研究給應(yīng)用研究提供了理論依據(jù)．

對泡沫金屬的應(yīng)用和研究取得了很大的成果，已能制備小型和大型件，并進入試生產(chǎn)應(yīng)用階段．比如，日本住友電工公司生產(chǎn)的泡沫鋁被用于制造汽車的某些耐熱耐磨擦部件和揚聲器的部件；在鐵路上，泡沫鋁被用于制作空調(diào)發(fā)電室的隔音墻．此外，泡沫鋁還被用于作為精密儀器的防震裝置材料等．

國內(nèi)對泡沫金屬的研究大約 80年代后才開始．經(jīng)過 10多年的探索和研究，東南大學(xué)、貴州科學(xué)院、大連理工大學(xué)、西南鋁加工廠等一些研究單位已初步掌握了泡沫金屬的生產(chǎn)方法．其中以東南大學(xué)、貴卅I科學(xué)院最為領(lǐng)先．特別是貴卅I科學(xué)院采用直接發(fā)泡法用廉價的發(fā)泡劑成功制取了較大規(guī)格的泡沫鋁型材，經(jīng)中國科學(xué)院聲學(xué)研究所等單位測試，吸音、屏蔽、減震抗沖擊效果、比重等性能指標(biāo) ，均達到國外同類產(chǎn)品指標(biāo)．目前東南大學(xué)對泡沫金屬的制備及性能研究非常活躍，他們主要側(cè)重用滲流法制備泡沫鋁，并對滲流法進行了模擬試驗和用滲流法制備了泡沫鋁．高分子復(fù)合材料，河北工業(yè)大學(xué)采用添加造孔劑的方法，成功地制備出高熔點泡沫鐵，取得了可喜的成果.

在泡沫金屬的制備方面，國內(nèi)對發(fā)泡法、冶金法與滲流法的研究比較多 ，而且基本趕上國外發(fā)達國家的水平，只是對連續(xù)生產(chǎn)方法的研究還屬空白，有待開發(fā)適應(yīng)國內(nèi)情況的連續(xù)生產(chǎn)方法.

在理論性能方面，國內(nèi)研究的比較早，對所研究的領(lǐng)域基本處于國際領(lǐng)先水平，如對泡沫金屬結(jié)構(gòu)參數(shù)的測定 、降噪性能 、水下吸聲性能 、阻尼性能 等都做了大量地研究，并取得很可觀的成果．泡沫金屬中孔隙數(shù)量龐大、大小不一，人工測量這些結(jié)構(gòu)參數(shù)極為困難，文獻 中用掃描儀將泡沫金屬的圖形信息輸入計算機并進行數(shù)據(jù)處理，從而測出孔的平均直徑及孔徑分布，較好的解決了測量泡沫金屬結(jié)構(gòu)參數(shù)的難題．泡沫金屬是一種具有高能量吸收籽陛的輕質(zhì)高阻尼材料，其阻尼性特點為與應(yīng)變振幅密切相關(guān)，而與應(yīng)變頻率無顯著關(guān)系的非線性內(nèi)耗．而這方面的研究，國外 1998年才有報道.

在應(yīng)用方面，國內(nèi)研究較少，雖然在理論性能方面的研究提出了很多的應(yīng)用的可能，但與應(yīng)用開發(fā)脫鉤，以至沒有發(fā)現(xiàn)有泡沫金屬應(yīng)用的報道．

2 泡沫鐵的制備現(xiàn)狀

泡沫金屬雖然已有近 5O年的歷史，但是對泡沫金屬的研制和開發(fā)大都以輕金屬為對象，尤其以泡沫鋁的研究最為廣泛．這是由于鋁及其合金熔點低、鑄造性能好、金屬液易處理等特點．另外可以制作泡沫金屬的材料還有 cu、Zn等低熔點金屬及其合金，但這些材料遠不如泡沫鋁的研究開發(fā)進行的廣泛．

對于高熔點的泡沫金屬的研究，主要有 Ni基、Ti基、D 基合金，生產(chǎn)方法主要是粉末冶金燒結(jié)法．對于這方面的報道也只是近幾年出現(xiàn)，如 Ni基合金被用來生產(chǎn)薄片狀的多孔電極 ．

對泡沫鐵的研究報道更是少見，僅發(fā)現(xiàn)幾篇含鐵臺金泡沫金屬的有關(guān)報道，一篇是 Cu-Fe．sn泡沫金屬的生產(chǎn)，其中Fe含量 (質(zhì)量分數(shù))為6O％～80％，cu為 1O％～3O％，是用粉末冶金法燒結(jié)制得的，其孔隙率 1O％～35％ [3U]；另一種Fe-Cr-AI．RE臺金，Fe占 70％～8O％，也是用燒結(jié)法生產(chǎn)的，Fe是以纖維形式存在 ”；還有一種是Fe粉和另一種金屬粉末粘附在有粘性的樹脂網(wǎng)格結(jié)構(gòu)上，然后作燒結(jié)處理制得薄的泡沫金屬片，以作電極用 m，．另外 ，有用滲流法制備泡沫鐵的報道，也有用中空球料法制備泡沫鐵的報道 ” ，但都未得以推廣.

總之，對于高熔點的泡沫鐵的制備及應(yīng)用只是在起步階段，且方法也較復(fù)雜而單一，因此有必要對泡沫鐵等高熔點金屬及其合金作制備方法上的研究和開發(fā)，以早日使這種有諸多特殊性能的功能材料貢獻給人類.

3 泡沫金屬的特性及應(yīng)用

由于泡沫金屬內(nèi)部存在許多孔洞，孔洞的大小、多少、均勻性、連通及封閉都將影響它的性能.

3．1結(jié)構(gòu)參數(shù)及特征

1)孔徑：孔徑一般指孔隙的平均直徑，這是泡沫金屬的基本參數(shù)．泡沫金屬的孔徑一般較大，O．1～1Omm或更大 (一般粉末冶金金屬孔徑不大于 0．3mm).

2)總孔隙率，有效孔隙率：總孔隙率指孔隙所占體積與總體積之比 (可用稱重法求得)．由于并非所有孔隙都相互連通，把連通的孔隙與總體積之比稱為有效孔隙率．只有所有孔隙都連通時，總 L隙率與有效 L隙率相等．泡沫金屬的孔隙率比較高，它的孔隙率在 40％～9O％之間．

3)通孔度：任何截面上孔隙通道直徑平均值與孔隙孔徑平均值之比為通孔度．

4)比重及比表面積：泡沫金屬的比重輕．一般只有同體積金屬的 1／10—3／5．它的比表面積則較大，為 lO一40cm2／cm3

3．2性能特征

3．2．1重量輕、比重小

由于在金屬基體中存在許多大大小小的孔洞，因此使這種材料明顯有重量輕．比重小的特點．泡沫鋁的比重范圍在0．2～0．5g／cm ，其平均值只有鋁的 1／10．

3．2．2力學(xué)性能

泡沫金屬的抗拉強度比較低．比強度也比較低，但是抗壓強度和抗彎強度較高．泡沫鋁的抗拉強度只有鋁的 1／100左右，比強度約為鋁的 1／10．泡沫鋁的剮性較低．如泡沫鋁沒有金屬 鋁所具有的延展性，受到壓力幾乎不發(fā)生塑性變形．由彎曲試驗測得泡沫鋁的彈性模量約為鋁合金的1／50—1／100.

3．2．3吸收沖擊能特性

泡沫金屬材料具有特有的網(wǎng)狀、無方向性多孔結(jié)構(gòu)，而又無反彈作用，通過對這種材料進行應(yīng)力一應(yīng)變試驗， 發(fā)現(xiàn)它的應(yīng)變強烈滯后于應(yīng)力，在壓縮應(yīng)力一應(yīng)變曲 _E 線中包含一個很長地平穩(wěn)段，因而泡沫金屬是一種具有高沖擊能吸收特性的材料．

3．2．4熱物理性能

泡沫金屬一般有高的耐熱性能，即使溫度達到基體合金的熔點也不溶解．例如，ALMAG 合金的溫度范圍為560～640。C，但是 ALMAG合金泡沫合金在大氣中加熱到1400。C也不溶解 ．

3．2．5透過性能

透過性能是通孔泡沫金屬的叉一特性．通過對泡沫金屬孔結(jié)構(gòu) (如孔隙率、孔徑大小、通孔率等)的調(diào)整．可以獲得不同透過性能要求的泡沫金屬材料.

3．2．6聲學(xué)及電籪陛

能對于通孔泡沫金屬，當(dāng)聲波接觸金屬表面時，經(jīng)過漫反射進入泡沫金屬的孔洞內(nèi)，使金屬內(nèi)部振動將聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，起到消音的作用．用電磁波對泡沫金屬進行試驗，發(fā)現(xiàn)泡沫金屬也有吸收電磁渡的作用，因此泡沫金屬還有對電磁波的屏蔽作用．

3．3 泡沫金屬的應(yīng)用

針對以上所述泡沫金屬的種種掙陛，泡沫金屬有許多相應(yīng)地應(yīng)用領(lǐng)域．應(yīng)用的需要也正是對這種新型材料開發(fā)的意義．

3．3．1利用優(yōu)異的熱物理性能

泡洙金屬具有很大的比表面積，對于通孔泡沫金屬可以用來制作熱交換器及散熱器；對于閉孔泡沫金屬可 作絕熱材料．

3．3．2利用吸收沖擊能特性

用于制造緩沖器、吸震器是泡沫金屬的重要用途之一．其應(yīng)用從汽車的防沖擋板直至宇宙飛船起落架，此外已成功地用于升降機、傳送器安全墊、高速磨床防護罩吸能內(nèi)襯．

3．3．3利用透過性能

利用泡沫金屬的透過性能，可將其應(yīng)用于制備過濾器的重要材料．由于它與粉末冶金多孔金屬相比，有孔徑大、孔隙率高的特點，用它制作的過濾器應(yīng)用范圍較廣，可用于對液體、空氣或從其他氣流中濾掉固體顆粒等方面.

3．3．4利用聲學(xué)及電磁性能

利用泡沫金屬的吸音性能，主要用于消音降噪方面，如用于蒸汽發(fā)電廠、氣動工具、小汽車等的衰減消音器．日本在高速列車發(fā)電機室、無線電錄音室及新干線吸音等方面獲得有應(yīng)用前景的結(jié)果.

3．3.5其他用途

泡洙金屬還可以用于建筑業(yè)，如建筑物內(nèi)外裝飾件、幕墻、問壁等；也可做計算機臺架；各種包裝箱等等 ?．利用泡沫金屬的耐火性，可以用于建筑等工業(yè)上的耐火材料；或通過對其孔洞進行處理，用于阻燃材料等．在化工方面，可用它作為催化劑的載體．另外泡沫金屬還可以作多孔電極.

綜上所述，泡洙金屬的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，它可以應(yīng)用在建筑工業(yè)、航空工業(yè)、計算機工業(yè)、交通工具及包裝工業(yè)等很多領(lǐng)域，而且隨著泡沫金屬生產(chǎn)工藝的不斷完善及對其研究開發(fā)的不斷深入，泡沫金屬的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷地擴大．因此，對泡沫金屬進行研究開發(fā)有著重大的實際應(yīng)用價值．