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多孔金屬材料論文范文

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多孔金屬材料論文

1熔模鑄造法

該法是在有一定形狀的容器內(nèi)填滿發(fā)泡塑料,再倒入高熔點(diǎn)材料,先硬化再加溫使發(fā)泡塑料氣化,然后再模具中倒入液態(tài)金屬使其冷卻、凝合,然后將高熔點(diǎn)材料去掉,就獲得了海綿狀多孔金屬。莫來(lái)石、碳酸鈣、石膏德?tīng)柕葹楦呷埸c(diǎn)材料的首選材質(zhì)。其優(yōu)勢(shì)在于金屬孔隙率高達(dá)80%以上,其缺點(diǎn)在于成本高昂且產(chǎn)量不高,多見(jiàn)于多孔鋁、多孔鉛的制作。有研究者將聚苯乙烯(EPS)泡沫塑料和水化石墨涂料當(dāng)做高熔點(diǎn)材料,研發(fā)成多孔gdrMGYZ合金。

2基于粉末的制備工藝

2.1粉末燒結(jié)法該法是首先將造孔劑和金屬粉末混合形成預(yù)制體,再通過(guò)加熱、燒結(jié)等方式來(lái)制造出多孔金屬。還有一種方法是直接在模具中加入粉末,然后通過(guò)燒結(jié)制成多空金屬。其優(yōu)勢(shì)在于設(shè)備無(wú)需太好,燒結(jié)需求的溫度、氣氛和時(shí)間等可以調(diào)試,在室溫下,造孔劑就可完成和金屬粉末的混合,制成的多空金屬具有孔均勻、整齊、連通等特質(zhì),而且孔徑小,孔隙率為30%左右。常用來(lái)制造多孔鈦、銅、鋁等材料。目前已經(jīng)成功研制的產(chǎn)品有:多孔lgiAMS合金、多孔純鈦、利用粉末造孔劑研發(fā)的孔隙率在55%~75%之間的多孔鈦、多孔Ti-7.5Mo合金、3SCOr發(fā)泡劑條件下研制的孔隙率為22.4%的多孔不銹鋼。

2.2漿料發(fā)泡法該法主要是將金屬粉末、活性添加劑、發(fā)泡劑攪渾后裝進(jìn)模子,然后利用高溫使其在漿料中產(chǎn)生氣體,然后利用燒結(jié)和晾干而形成的多孔材料。常見(jiàn)于生產(chǎn)多孔鎳、銅、不銹鋼、鋁等。制成的多孔金屬孔隙率高達(dá)90%以上,且成本較為低廉,而且發(fā)泡劑顆粒大小可以決定孔徑的大小。有研究者就才曾利用這種方法制成孔隙率高達(dá)96%的多孔不銹鋼。

2.3空心球燒結(jié)法該法是粘連金屬空心球后進(jìn)行燃燒和凝結(jié),然后在其擴(kuò)散后來(lái)制成多孔金屬材料,其具有開(kāi)孔和閉孔的雙重功能。有研究者在制造金屬空心球的時(shí)候會(huì)在球的表面再鍍一層金屬,之后再將樹(shù)脂去除即可。這種方法的機(jī)械性能和物理性能都是提前預(yù)算好的,孔的尺寸分布也非常有規(guī)律,常用來(lái)制造多孔銅、鋼、鈦。目前最為常見(jiàn)的是孔隙率36%的多孔TAVil64合金。

3基于沉積技術(shù)的制備工藝

3.1電解沉積法該法利用電鍍工藝,經(jīng)過(guò)化學(xué)沉積來(lái)獲得高孔率開(kāi)口結(jié)構(gòu)材料金屬化。主要過(guò)程為現(xiàn)在它的表面電鍍一層金屬,經(jīng)過(guò)烘焙來(lái)使得里面的開(kāi)口結(jié)構(gòu)材料溶解,然后就能得到多孔金屬材料。通常情況下,聚酯、乙烯基、聚酰胺等聚合物是高孔率開(kāi)口結(jié)構(gòu)材料的首選材質(zhì),多為三維網(wǎng)狀有機(jī)泡沫。現(xiàn)如今,世界上較為流行的生產(chǎn)高孔率金屬材料大型制備多選用這種方式來(lái)完成。它的優(yōu)勢(shì)在于產(chǎn)品孔隙率高達(dá)80%以上、且結(jié)構(gòu)和孔隙分布都較為均衡。缺點(diǎn)在于成本比較昂貴,且生產(chǎn)工序非常繁瑣,也很耗費(fèi)時(shí)間。一般情況下,多孔鎳、銅、銀、鈷等薄膜材料選用此法來(lái)制成。TanKai等利用化學(xué)鍍銅、電沉積銅等方式成功研制多孔銅。

3.2氣相沉積法該法主要指的是液態(tài)金屬到金屬蒸汽的演變過(guò)程,一般需在真空、惰性氣體等狀態(tài)下來(lái)進(jìn)行,在網(wǎng)狀聚亞胺酯等物上附著后而出現(xiàn)的金屬沉積層。然后再經(jīng)過(guò)熱處理等手段將這層聚合物清楚,就可以獲得通孔金屬多孔材料。其優(yōu)勢(shì)在于對(duì)于任意的金屬和合金都使用,且孔隙率可以達(dá)到60%~80%。其缺點(diǎn)在于沉積的過(guò)程緩慢,設(shè)備必須精良且成本昂貴,為此主要用于制備電極材料的制作。有研究者就曾利用該法研發(fā)出開(kāi)孔多孔irelNCFA合金材料。

3.3原子濺射沉積法該法的前提是利用陰極噴射法在惰性氣壓下,使得高壓惰性氣體和金屬原子在飛濺中沖撞,并且雙方互相捕獲和凝聚,最后形成金屬液滴流入襯底。然后在襯底形成具有均勻包裹氣體原子的金屬,再加熱至熔點(diǎn),然后保溫,使捕獲的氣體進(jìn)一步脹大出現(xiàn)孔隙,再進(jìn)行冷凍就會(huì)出現(xiàn)多孔金屬材料。這種材料雖然性能和結(jié)構(gòu)都俱佳,但是生產(chǎn)成本過(guò)高,不適宜于大批量生產(chǎn)。

4多孔金屬材料的應(yīng)用及展望

多孔金屬材料的性能主要取決于金屬機(jī)體中孔洞的特征和分布情況,包括孔的形狀、數(shù)量,孔的類型、孔洞結(jié)構(gòu)等。多孔金屬是結(jié)構(gòu)材料和功能材料的結(jié)合體,其集機(jī)械性能、阻尼性能、熱物理性能、聲學(xué)性能、電學(xué)性能、滲透及流通性能等多項(xiàng)性能于一體,在應(yīng)用方面有著傳統(tǒng)材料所無(wú)法比擬的優(yōu)越性。目前來(lái)看,燒結(jié)、金屬沉積和鑄造仍然是多孔金屬材料的最為關(guān)鍵的三種制備工藝技術(shù)。此外,在孔隙均勻、結(jié)構(gòu)可控、以及工序等方面,多孔金屬材料仍然需要繼續(xù)改進(jìn)和完善,才能有效激發(fā)其潛能。目前,在減振、吸音、減重等內(nèi)容上其作用和功效還未得到最大化發(fā)揮。

作者:余志兵胡圣飛單位:湖北工業(yè)大學(xué)

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