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泡沫金屬是一種在金屬基體中形成無(wú)數個(gè)氣泡的多孔質(zhì)金屬材料，又稱(chēng)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，得到國內外的普遍關(guān)注，近 50年來(lái)在泡沫金屬研制、應用開(kāi)發(fā)方面及其結構性能的理論研究都有很大的進(jìn)展．

1 泡沫金屬?lài)鴥韧獍l(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(lái) ，研究人員對泡沫金屬的制備、性能研究、應用開(kāi)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(lái)，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(lái)已在實(shí)際應用中取得很大進(jìn)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.

從泡沫金屬的出現到 20世紀 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(shí)的增粘問(wèn)題的解決對泡沫鋁的制備有很大的推動(dòng)作用 ；另外，氣泡核心機理的提出及應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(guò)程中加入形核劑一 樣，使泡沫金屬的直接成型成為可能.

現在對泡沫鋁的生產(chǎn)已經(jīng)能夠進(jìn)行從發(fā)泡到成型過(guò)程的連續生產(chǎn).

(A)為可以連續生產(chǎn)大型鋁材；(B)為可以連續生產(chǎn)有一定厚度的大型板材；(c)為可以用來(lái)生產(chǎn)某一形狀的鑄件；(D)為可以連續生產(chǎn)某一形狀的鑄件．這種方法就是根據氣泡核心理論獲得穩定的泡沫金屬液，進(jìn)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(jìn)行了研究，各國都投入了大量的人力物力，研究的內容主要包括對發(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構完整性，和常規多孔泡沫材料比，強度和剛度都高得多．

另外，最近幾年在理論方面也開(kāi)始對泡沫金屬進(jìn)行系統的研究．首先，在泡沫金屬的結構參數上的研究，人們越來(lái)越感覺(jué)到泡沫金屬在物理結構上的特殊性，它不僅是一種結構材料，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構上找出原因．例如泡沫金屬孔隙通孔率與閉孔率的測定研究、孔徑的統計測量、比表面積的測量及這些參數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、阻尼內耗特性等的研究．這些研究給應用研究提供了理論依據．

對泡沫金屬的應用和研究取得了很大的成果，已能制備小型和大型件，并進(jìn)入試生產(chǎn)應用階段．比如，日本住友電工公司生產(chǎn)的泡沫鋁被用于制造汽車(chē)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．

國內對泡沫金屬的研究大約 80年代后才開(kāi)始．經(jīng)過(guò) 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(chǎng)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(jià)的發(fā)泡劑成功制取了較大規格的泡沫鋁型材，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 ，均達到國外同類(lèi)產(chǎn)品指標．目前東南大學(xué)對泡沫金屬的制備及性能研究非?；钴S，他們主要側重用滲流法制備泡沫鋁，并對滲流法進(jìn)行了模擬試驗和用滲流法制備了泡沫鋁．高分子復合材料，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(diǎn)泡沫鐵，取得了可喜的成果.

在泡沫金屬的制備方面，國內對發(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，只是對連續生產(chǎn)方法的研究還屬空白，有待開(kāi)發(fā)適應國內情況的連續生產(chǎn)方法.

在理論性能方面，國內研究的比較早，對所研究的領(lǐng)域基本處于國際領(lǐng)先水平，如對泡沫金屬結構參數的測定 、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(guān)的成果．泡沫金屬中孔隙數量龐大、大小不一，人工測量這些結構參數極為困難，文獻 中用掃描儀將泡沫金屬的圖形信息輸入計算機并進(jìn)行數據處理，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構參數的難題．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(diǎn)為與應變振幅密切相關(guān)，而與應變頻率無(wú)顯著(zhù)關(guān)系的非線(xiàn)性?xún)群模@方面的研究，國外 1998年才有報道.

在應用方面，國內研究較少，雖然在理論性能方面的研究提出了很多的應用的可能，但與應用開(kāi)發(fā)脫鉤，以至沒(méi)有發(fā)現有泡沫金屬應用的報道．

2 泡沫鐵的制備現狀

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(kāi)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(diǎn)低、鑄造性能好、金屬液易處理等特點(diǎn)．另外可以制作泡沫金屬的材料還有 cu、Zn等低熔點(diǎn)金屬及其合金，但這些材料遠不如泡沫鋁的研究開(kāi)發(fā)進(jìn)行的廣泛．

對于高熔點(diǎn)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法．對于這方面的報道也只是近幾年出現，如 Ni基合金被用來(lái)生產(chǎn)薄片狀的多孔電極 ．

對泡沫鐵的研究報道更是少見(jiàn)，僅發(fā)現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)為6O％～80％，cu為 1O％～3O％，是用粉末冶金法燒結制得的，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(shù)脂網(wǎng)格結構上，然后作燒結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(diǎn)的泡沫鐵的制備及應用只是在起步階段，且方法也較復雜而單一，因此有必要對泡沫鐵等高熔點(diǎn)金屬及其合金作制備方法上的研究和開(kāi)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(lèi).

3 泡沫金屬的特性及應用

由于泡沫金屬內部存在許多孔洞，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結構參數及特征

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．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(chēng)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(chēng)為有效孔隙率．只有所有孔隙都連通時(shí)，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(diǎn)．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(méi)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(wú)方向性多孔結構，而又無(wú)反彈作用，通過(guò)對這種材料進(jìn)行應力一應變試驗， 發(fā)現它的應變強烈滯后于應力，在壓縮應力一應變曲 _E 線(xiàn)中包含一個(gè)很長(cháng)地平穩段，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(diǎn)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(guò)性能

透過(guò)性能是通孔泡沫金屬的叉一特性．通過(guò)對泡沫金屬孔結構 (如孔隙率、孔徑大小、通孔率等)的調整．可以獲得不同透過(guò)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，當聲波接觸金屬表面時(shí)，經(jīng)過(guò)漫反射進(jìn)入泡沫金屬的孔洞內，使金屬內部振動(dòng)將聲能轉變?yōu)闊崮?，起到消音的作用．用電磁波對泡沫金屬進(jìn)行試驗，發(fā)現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地應用領(lǐng)域．應用的需要也正是對這種新型材料開(kāi)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(lái)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．其應用從汽車(chē)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襯．

3．3．3利用透過(guò)性能

利用泡沫金屬的透過(guò)性能，可將其應用于制備過(guò)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(diǎn)，用它制作的過(guò)濾器應用范圍較廣，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(chǎng)、氣動(dòng)工具、小汽車(chē)等的衰減消音器．日本在高速列車(chē)發(fā)電機室、無(wú)線(xiàn)電錄音室及新干線(xiàn)吸音等方面獲得有應用前景的結果.

3．3.5其他用途

泡洙金屬還可以用于建筑業(yè)，如建筑物內外裝飾件、幕墻、問(wèn)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(guò)對其孔洞進(jìn)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，泡洙金屬的應用相當廣泛，它可以應用在建筑工業(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(zhù)泡沫金屬生產(chǎn)工藝的不斷完善及對其研究開(kāi)發(fā)的不斷深入，泡沫金屬的應用領(lǐng)域還在不斷地擴大．因此，對泡沫金屬進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)有著(zhù)重大的實(shí)際應用價(jià)值．