泡沫金屬 課件

1、2.6 泡沫金屬12022/7/13目錄泡沫金屬的性能泡沫金屬的應(yīng)用泡沫金屬的概念分類22022/7/131、泡沫金屬的概述什么是泡沫金屬？3泡沫金屬是指含有泡沫氣孔的特種金屬材料。通過其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，泡沫金屬擁有密度小、隔熱性能好、隔音性能好以及能夠吸收電磁波等一系列良好優(yōu)點(diǎn)，是隨著人類科技逐步發(fā)展起來的一類新型材料常用于航空航天、石油化工等一系列工業(yè)開發(fā)上。2022/7/13泡沫金屬的主要分類方式4(1)按孔徑和孔隙率的大小分為兩類,多孔金屬和泡沫金屬?？讖叫∮?.3mm,孔隙率在45%90%的,稱為多孔金屬(porous metal);而孔徑在0.56mm,孔隙率大于90%的,稱為泡沫

2、金屬(foam metal);(2)按孔的形狀特征進(jìn)行分類:具有通孔結(jié)構(gòu)的稱為多孔金屬,具有閉孔結(jié)構(gòu)的稱為胞狀金屬;(3)該材料最初采用發(fā)泡法制備稱為發(fā)泡金屬,而后發(fā)展了滲流鑄造等制備方法又稱之為通氣金屬;(4)按其基體的種類進(jìn)行分類:多孔泡沫鋁,多孔泡沫鑄鐵,多孔泡沫鋁合金,多孔泡沫鎳等。2022/7/13泡沫金屬的結(jié)構(gòu)參數(shù)5由于泡沫金屬內(nèi)部存在許多孔隙,孔隙的大小、多少、均勻性、連通及封閉都將影響它的性能。主要參數(shù)有孔徑,總孔隙度和有效孔隙度,通孔度,密度及比表面積。（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，0. 1 10mm或更大( 一般粉末冶

3、金金屬孔徑不大于0. 3mm) 。( 2) 總孔隙度和有效孔隙度總孔隙度指所有孔隙的體積與總體積之比( 可用稱重法求得) 。由于并非所有孔隙都相互連通，把連通的孔隙體積與總體積之比稱為有效孔隙度。只有當(dāng)所有孔隙都連通時(shí)，總孔隙度與有效孔隙度才相等。泡沫金屬的孔隙度比較高，在40% 90%之間。2022/7/1362022/7/13（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) 密度及比表面積泡沫金屬的密度低，一般只有同體積金屬的1 /10 3 /5 。它的比表面積則較大，為10 40cm2 /cm3。72022/7/13泡沫金屬的制造方法（1）燒結(jié)法該方法是

4、以金屬顆?；蚶w維作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)過程制造多孔質(zhì)泡沫金屬的方法。包括顆粒燒結(jié)法和纖維燒結(jié)法。（2）電鍍法該方法是在具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的特殊高分子材料的骨架上，電鍍各種金屬，再經(jīng)陪燒除去內(nèi)部的高分子材料，而制得泡沫金屬。這種泡沫金屬被稱為海綿金屬，其空孔率可達(dá)到98%。（3）加壓鑄造法先在型內(nèi)填充顆粒，再采用加壓鑄造法把液態(tài) 金屬壓入顆粒的間隙中而制造泡沫金屬的方法稱為加壓鑄造法。其中包括溶出法，多孔質(zhì)顆粒分散法，中空三維骨架法(4)發(fā)泡法通過向金屬液中加入發(fā)泡劑或吹入氣泡使金屬發(fā)泡的方法稱為發(fā)泡法，其中包括溶解度差法，粉末冶金法，無重力混合法，金屬液直接混合法( 熔化，增粘，混合，發(fā)泡，冷

5、卻) 。2、泡沫金屬的性能影響泡沫金屬性能的因素有:(1)基體金屬的性能;(2)相對密度;(3)孔結(jié)構(gòu)類型(開口或者閉孔);(4)孔結(jié)構(gòu)的均勻性;(5)孔徑大小;(6)孔的形狀和孔結(jié)構(gòu)的各向異性性;(7)孔壁的連接性;(8)缺陷(如孔壁的不完整性等), 以上因素中, 相對密度對泡沫金屬性能的影響最大。(1)重量輕、密度低由于在金屬基體中存在許多大大小小的孔隙, 因此使這種材料明顯有重量輕。密度低的特點(diǎn)。泡沫鋁的密度范圍在0 .2 0 .5g/cm3 , 其平均值只有鋁的1/10 。(2)透過性能透過性能是通孔泡沫金屬的又一特性, 通過對泡沫金屬孔結(jié)構(gòu)(如孔隙度、孔徑大小、通孔度等)的調(diào)整, 可

6、以獲得不同透過性能要求的泡沫金屬材料。(3)力學(xué)性能泡沫金屬的抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度較高，泡沫鋁的抗拉強(qiáng)度只有鋁的1/100 左右,。泡沫鋁的剛性較差, 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(yàn)測得泡沫鋁的彈性模量約為鋁合金的1/50 1/100 。(4)吸收沖擊功特性泡沫金屬材料具有獨(dú)特的網(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(jìn)行應(yīng)力-應(yīng)變試驗(yàn) ,發(fā)現(xiàn)它的應(yīng)變強(qiáng)烈滯后于應(yīng)力, 在壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線中包含一個(gè)很長的平穩(wěn)段, 因而泡沫金屬是一種具有高沖擊功吸收特性的材料。(4)吸收沖擊功特性泡沫金屬材料具有獨(dú)特的網(wǎng)狀、無方向性多孔結(jié)構(gòu), 而又無反

7、彈作用。通過對這種材料進(jìn)行應(yīng)力-應(yīng)變試驗(yàn) ,發(fā)現(xiàn)它的應(yīng)變強(qiáng)烈滯后于應(yīng)力, 在壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線中包含一個(gè)很長的平穩(wěn)段, 因而泡沫金屬是一種具有高沖擊功吸收特性的材料。（5）優(yōu)良的導(dǎo)電性泡沫金屬具有獨(dú)特的導(dǎo)電性, 使之能應(yīng)用于非金屬泡沫(陶瓷和塑料泡沫)所不能勝任的導(dǎo)電環(huán)境(如電極材料).泡沫金屬的電導(dǎo)性主要與泡沫基體的電導(dǎo)性有關(guān).然而, 泡沫金屬的電導(dǎo)率由于:其中大量非導(dǎo)電孔隙的存在;基體中的非導(dǎo)電物質(zhì)(如氧化物);與電壓降方向垂直排列的連接邊和孔壁對電導(dǎo)不起作用等因素的影響, 比實(shí)體金屬的電導(dǎo)率要低得多.另外, 泡沫金屬還具有電磁屏蔽效應(yīng), 有資料表明, 鋁泡沫(Alulight)的電磁屏蔽

8、效果與相同厚度的鋁板材相當(dāng), 并優(yōu)于相同質(zhì)量的硅鋼片。(6)聲學(xué)及電磁性能對于通孔泡沫金屬, 當(dāng)聲波接觸金屬表面時(shí), 經(jīng)過漫反射進(jìn)入泡沫金屬的孔隙內(nèi), 使金屬內(nèi)部振動(dòng),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(jìn)行試驗(yàn), 發(fā)現(xiàn)泡沫金屬也有吸收電磁波的作用, 因此泡沫金屬還有對電磁波的屏蔽作用。(7)熱物理性能泡沫金屬一般有高的耐熱性能, 即使溫度達(dá)到基體合金的熔點(diǎn)也不溶解, 例如,ALMAG 合金的使用溫度范圍為560 640 , 但是ALMAG 合金的泡沫合金在大氣中加熱到1400 也不溶解。2、泡沫金屬的應(yīng)用在過去，國內(nèi)外對于泡沫金屬的研究主要側(cè)重于制造方法的研究，泡沫金屬的應(yīng)用

9、往往僅停留在作為結(jié)構(gòu)材料方面，常常被作為結(jié)構(gòu)材料用于汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、建筑工業(yè)和造船工業(yè)等領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及學(xué)科交叉的深入，廣大科技工作者逐漸認(rèn)識(shí)到泡沫金屬更重要的是一種利用表面的功能材料，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與性能使它在熱交換、過濾器、催化劑、輕質(zhì)材料、可塑能量吸收材料方面具有更廣泛的應(yīng)用前景。(1) 過濾和分離器泡沫金屬具有優(yōu)良的滲透性，是一種很好的過濾材料。利用泡沫金屬的孔道對流體介質(zhì)中固體粒子的阻留與捕集作用，將氣體或液體進(jìn)行過濾和分析，從而達(dá)到介質(zhì)的凈化和分離作用。可用于清除氣體、液體中的固體顆粒，如石油、汽油、制冷劑、高爐氣等的過濾、凈化，特別是一些需要在高溫下過濾的氣體、

10、液體(如金屬液)，更能顯示出泡沫金屬過濾器的優(yōu)越性（2）多孔電極材料相對于其它多孔材料而言，泡沫金屬導(dǎo)電性能良好，具有一定自支撐能力和很大比表面積以提供廣闊的界面化學(xué)電荷傳遞空間，因而成為一種優(yōu)良的電極材料，適用于各種蓄電池、燃料電池、空氣電池和太陽能電池。電化學(xué)工業(yè)中常用的多孔電極材料有泡沫鐵、泡沫鎳和泡沫鈦等。（3）熱交換器泡沫金屬材料有很大的比表面積，能與氣體和液體進(jìn)行迅速的熱交換，是熱交換和加熱、散熱的有效材料。如飛機(jī)的消冰裝置和防凍裝置，在機(jī)翼前面裝上通孔泡沫鋁板，將加熱的氣體或防凍劑從泡沫鋁板中噴出即可達(dá)到消冰的目的。泡沫金屬材料由于存在大量孔隙，火焰通過孔隙管道時(shí)與材料產(chǎn)生熱交換

11、，燃燒物的熱量通過多孔壁而消失，從而使火焰熄滅。從這種意義上說，阻火器也是一種熱交換材料。（4）催化基體材料化學(xué)反應(yīng)尤其是有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中，催化劑常常起著非常重要的作用，催化劑的表面積也是越大越好，高孔隙率使得泡沫金屬具有大的比表面積。化工行業(yè)中，可直接使用泡沫鎳作鎳催化劑，或?qū)⑴菽囍瞥纱呋瘎┹d體，高孔隙率的泡沫金屬作為支撐物有可能使催化劑高度分散，發(fā)揮更大的作用，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于陶瓷催化劑載體。(5) 減振消聲材料能量吸收是泡沫金屬材料的重要用途，其中緩沖器與吸震器是典型的能量吸收裝置，其應(yīng)用從汽車的防沖裝置直至宇宙飛船的起落架，以及升降機(jī)減震墊、傳送器安全墊和高速磨床防護(hù)罩吸能內(nèi)襯等。通孔

12、泡沫金屬材料的不連續(xù)的顯微組織是很好的聲音屏障，聲能可消耗于它所通過的孔道中。泡沫金屬具有可與最好的聲控材料（聚合物泡沫）相媲美的聲性能，并能在高溫下加以保持，因此泡沫金屬可用于產(chǎn)生噪音的裝置中作消聲器和緩沖器。(6)電磁屏蔽材料泡沫金屬的電磁波吸收性能可用于電磁屏蔽、電磁兼容器件，制作電子儀器的防護(hù)罩等?，F(xiàn)代電子工業(yè)的高速發(fā)展和電子器件的廣泛應(yīng)用，使電磁波輻射普遍嚴(yán)重。這不僅會(huì)對其他電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，而且還會(huì)造成信息的泄漏，屏蔽措施就顯得十分重要。泡沫金屬在這方面的應(yīng)用主要是孔隙全部連通的泡沫銅或泡沫鎳，它們透氣散熱性好，密度低，比金屬網(wǎng)的屏蔽性能高得多，體積也比玻璃窗小，輕便，更適合于移動(dòng)設(shè)備的使用。(7)生物醫(yī)用多孔材料由于人體的體液是一種含蛋白質(zhì)的氧化性鹽溶液，