黃本生，彭 昊，陳 權(quán)，吳序鵬，鐘云強，劉段蘇

（西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，成都610500）

多孔金屬的固相制備方法及應(yīng)用

黃本生，彭 昊，陳 權(quán)，吳序鵬，鐘云強，劉段蘇

（西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，成都610500）

隨著社會的不斷發(fā)展，多孔金屬材料的研發(fā)和應(yīng)用得到了廣泛的關(guān)注.在眾多金屬多孔材料的制備方法中，固相制備在商業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛.本文總結(jié)了固相制備金屬多孔材料的工藝方法，介紹了其工藝過程，闡述了制備原理、優(yōu)缺點以及適用范圍，并且對多孔金屬的應(yīng)用進行了總結(jié)，主要從結(jié)構(gòu)和功能兩方面應(yīng)用進行了分析，指出了其發(fā)展方向.

多孔金屬；固相制備；研究現(xiàn)狀；性能；應(yīng)用

金屬多孔材料是一種具有功能和結(jié)構(gòu)雙重屬性的新型材料，它有著很多傳統(tǒng)密實金屬和多孔聚合物無法相比的優(yōu)點，如密度小、比表面積大、電磁屏蔽、滲透流通、消除噪音以及好的阻尼特性等，因此，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、冶金、航空航天、建筑等諸多領(lǐng)域，本文對其在結(jié)構(gòu)與功能方面的應(yīng)用進行了總結(jié).

目前制備多孔金屬的工藝方法有很多，可分為氣相發(fā)泡、水溶液電沉積、液態(tài)處理、固態(tài)處理4大類.每種方法都可以制備一些金屬體系的多孔材料，其中，固態(tài)處理是對固相金屬進行燒結(jié)制備多孔金屬的方法，在此過程中金屬保持固態(tài)［1］.本文將對固態(tài)處理法制備多孔的技術(shù)進行總結(jié)，分析其原理及優(yōu)缺點.

1 固相制備多孔金屬方法及研究現(xiàn)狀

1.1 燒結(jié)金屬粉末或纖維

燒結(jié)金屬粉末是最早制備多孔金屬材料的方法之一，也是最簡單的制備方法.燒結(jié)松裝粉末是將粉末松裝于模具中進行無壓燒結(jié)，通過粉末顆粒的相互粘結(jié)得到多孔燒結(jié)體.趙紅梅等［2］采用松裝燒結(jié)法制備多孔銅，制得的多孔銅孔隙率為31.9%～37.9%，拉伸強度為80～120 MPa，實驗結(jié)果表明，無論銅粉尺寸怎樣變化，同一尺寸銅粉在相同條件下的孔隙率總是相同的.所以，在實際中可根據(jù)具體要求選擇相應(yīng)粒度的銅粉，控制適當?shù)臒Y(jié)溫度制備所需的多孔銅.但是，此方法制備的多孔金屬的孔隙率較低，所以常加入造孔劑以提高其孔隙率，如制備Fe、Cu多孔體時加入甲基纖維素，可以使孔隙率提高到70%～80%.該方法對設(shè)備要求不高，操作簡單，但制備的孔徑較小，孔形狀不能控制.

另一種方法是在燒結(jié)前或燒結(jié)過程中進行加壓，此方法中粉末粒度和加工工藝決定了孔隙的大小和分布以及孔隙率大小.康新婷等［3］研究了成形壓力對Fe16Al2Cr多孔金屬性能的影響，結(jié)果表明：孔隙度、最大孔徑和透氣度隨著成形壓力的增大而降低，隨著燒結(jié)時間的延長而增大；增大成形壓力，延長燒結(jié)時間，有利于提高Fe16Al2Cr多孔材料的剪切強度.

此外，用金屬纖維取代金屬顆粒制備多孔金屬結(jié)構(gòu)也是一種新的途徑，Tang等［4］采用氣流鋪氈法和燒結(jié)技術(shù)制備了FeCrAl纖維多孔材料.用金屬纖維制取的多孔材料相比于燒結(jié)粉末制備的多孔材料，具有更其優(yōu)越的過濾性以及較高的機械強度、抗腐蝕性能和熱穩(wěn)定性能.

1.2 填充燒結(jié)法

填充燒結(jié)法是將金屬粉末與造孔劑均勻混合壓制成預(yù)制體，然后通過燒結(jié)過程的高溫或最后的溶解除去造孔劑從而獲得孔隙的工藝方法.工藝流程如圖1所示.

圖1 填充燒結(jié)法工藝流程Fig.1 Space holder technique for making porous metallic structures

El?Hadek等［5］以K2CO3為造孔劑成功制備了不同孔隙率的泡沫銅，測得其平均孔徑為120～200 μm，孔壁厚接近80～100 μm，研究結(jié)果表明，楊氏模量隨著孔隙率的增大單調(diào)遞減，并且熱傳導(dǎo)系數(shù)隨著孔隙率的增大而增大.國內(nèi) Wang等［6］用NaCl作為造孔劑在不添加粘結(jié)劑情況下制備了孔隙率42.8%～71.2%的開孔結(jié)構(gòu)多孔銅.這2種方法都有著造孔劑殘留影響性能的缺點，要求造孔劑與金屬粉末充分混合均勻減小偏聚，使孔洞分布均勻.

分解型造孔劑會在燒結(jié)過程中分解，可以避免造孔劑在基體中殘留，并且分解產(chǎn)生的氣體有利于孔隙形成.如Wang等［7－8］利用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作為造孔劑制備了不同微觀結(jié)構(gòu)的泡沫銅，泡沫銅內(nèi)部同時有著孔徑為 200～500 μm以及10～20 μm兩類孔洞，實驗表明，粘結(jié)劑的添加量一定要控制在合理范圍，否則會影響結(jié)構(gòu)和性能.

該方法操作簡單，可以很好地控制孔洞分布和孔徑大小，制備的多孔金屬具有孔洞細小、連通性好的優(yōu)點.在選擇造孔劑時應(yīng)結(jié)合金屬材料本身特性考慮，比如：金屬的熔點以及金屬是否會和造孔劑發(fā)生反應(yīng)等.

1.3 粉末發(fā)泡法

該方法的工藝是將金屬粉末與發(fā)泡劑按一定比例均勻混合，壓制成預(yù)制坯放入模中進行燒結(jié)，發(fā)泡劑受熱分解生成氣體，氣體擴散長大形成氣孔，最后得到泡沫金屬材料.

TiH2常作為發(fā)泡劑制備泡沫鋁，最早是由德國不來梅的IFAM公司和奧地利的LKR等幾家公司開發(fā)應(yīng)用［9－10］.此后，很多學(xué)者對如何使氣孔分布均勻做了研究.結(jié)果表明：選擇尺寸較大的TiH2顆粒以及對其進行加熱預(yù)處理，能有效提高孔的規(guī)則分布；并且，適量加入錫能夠使氫化鈦分解變得緩慢，使更多的氫氣保留在鋁中［11－13］.

此外，國內(nèi)很多學(xué)者對粉末冶金中碳酸鹽作為發(fā)泡劑制備多孔金屬進行了研究，如陳巧富等［14］用NH4HCO3作造孔劑，經(jīng)過低溫加熱和高溫燒結(jié)的方式制備出了多孔Ti－HA生物復(fù)合材料，抗壓強度達到20 MPa，可作為人體骨修復(fù)材料.（NH3）2CO3可以作為發(fā)泡劑制備泡沫鈦［15］.

此方法生產(chǎn)工藝簡單、成本較低，并且孔隙度也能合理控制，但是發(fā)泡劑在混合時分布不均勻，將會導(dǎo)致產(chǎn)生的氣體分布不均勻，從而影響到孔的分布以及孔徑大小的不均勻等問題，這要求在混合要充分均勻，并且溫度以及保溫時間也要控制合理.

1.4 漿料發(fā)泡法

漿料發(fā)泡是將金屬粉末、活性添加劑以及發(fā)泡劑混合漿料注入模具，然后進行凝固處理，發(fā)泡劑產(chǎn)生氣體擴散的同時，漿料逐漸變得粘稠，能夠使氣體滯留在漿料中，最后進行燒結(jié)、干燥后就可得到多孔材料.

Shimizu等［16］用發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）作為發(fā)泡劑，將發(fā)泡劑與聚乙烯醇（PVA）溶液以及金屬粉末混合制成漿料，成功制備出多孔不銹鋼，孔隙率高達90%～97%，平臺應(yīng)力0.4～4 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)0.5～0.1 W/mK，通過改變EPS的尺寸和數(shù)量可以控制孔徑的大小.這種方法對粉末尺寸、形狀要求不高，可降低生產(chǎn)成本.

此法制備的多孔金屬孔隙率較高且成本較低，可用于制備多孔鐵、銅、鋁等.缺點是凝固過程中在模具拐角處金屬易產(chǎn)生裂紋，使得多孔金屬強度不夠.

1.5 有機海綿浸漿燒結(jié)法

有機海綿浸漿燒結(jié)法是將泡沫有機材料浸泡在含有金屬粉末的漿料中，接著加熱至一定溫度使有機物分解，最后對留下的金屬體進行燒結(jié)，冷卻后即可得到連通孔隙的高孔率金屬結(jié)構(gòu).此方法可控性好，制備泡沫金屬孔隙率為70%～95%.

吳成等［17］用聚氨酯海綿浸滲法制備了孔隙率85%～95%的通孔結(jié)構(gòu)泡沫銅，漿料的成分為銅粉、水、聚乙烯醇、甲基纖維素、表面活性劑和氨水，其中，聚乙烯醇、甲基纖維素作為粘結(jié)劑和分散劑，表面活性劑和氨水用于改善流變特性；并且對銅泡沫體進行了二次浸滲，結(jié)果表明，二次浸滲燒結(jié)后的泡沫銅孔壁表面粗糙度較大，缺陷尺寸減小且數(shù)量大大減少，孔隙率變化不大，但其壓縮應(yīng)力平臺從0.5 MPa提高到1 MPa.

1.6 空心球燒結(jié)法

空心球燒結(jié)法是將金屬空心球進行燒結(jié)，使得單個球體之間擴散結(jié)合從而得到多孔金屬，工藝流程如圖2所示.此法可用來制備閉孔及開孔多孔金屬材料，孔隙率一般在80%［18］.此方法適用于粉末冶金中全領(lǐng)域的材料，尤其是高溫合金、鈦合金及金屬間化合物等.

圖2 空心球制備工藝流程Fig.2 Process for making cellular metals with metallic hollow sphere

李智偉等［19］通過在聚苯乙烯球上涂覆粉漿制備濕球，進行真空燒結(jié)制備出K405合金空心球泡沫.但是，在球狀樹脂上電沉積制備空心球的工藝較為繁瑣，對此 Hao等［20］用尿素與鎂粉混合，然后在特定模具中壓實，再用氫氧化鈉溶液將尿素顆粒溶解，最后進行燒結(jié)制備了多孔鎂，這大大簡化了工藝.國內(nèi)Huang等［21］用粉煤球中空球為原料，成功制備了多孔鎂合金，此種方法也無需電沉積制備空心球，并且可以有效利用粉煤灰，降低環(huán)境污染，但是因為粉煤灰空心球在結(jié)構(gòu)上有很多缺陷，所以制備的材料性能上有所欠缺.

此法的優(yōu)點在于可以很好地控制孔的分布，以及可以通過空心球尺寸的選擇控制孔徑大小，因此，可以更容易制備達到預(yù)期要求的機械及物理性能的多孔材料，但是制備空心金屬球成本較高，不適合大規(guī)模生產(chǎn).

1.7 自蔓延高溫合成法

該法又稱燃燒合成法，原理是利用多組分成分間自身化學(xué)反應(yīng)放熱來維持材料的燒結(jié)過程，反應(yīng)過程中快的反應(yīng)速度以及高的溫度梯度，使得制品具體點陣具有高密度缺陷，從而生成多孔骨架結(jié)構(gòu)，所制得的多孔金屬孔隙率能達到60%［22－23］，適用于制備金屬間化合物和復(fù)合材料，比如Ti＋Al、Fe＋Al及Ti＋Si等組合［24］.

Moloodi等［25］用自蔓延高溫合成法（SHS）成功制得Cu－Al2O3復(fù)合多孔材料，該方法是將CuO、Al以及石墨粉混合壓制成坯，利用鋁熱反應(yīng)原理CuO和Al反應(yīng)釋放大量的熱使反應(yīng)自發(fā)進行，石墨粉有著降溫和生成氣體助于造孔的作用，其工藝流程如圖3所示.國內(nèi)高海燕等［26－27］以Fe、Al粉末為原料，制備了FeAl金屬間化合物多孔材料，并且研究了升溫速度對制備多孔FeAl合金孔結(jié)構(gòu)的影響.此方法具有工藝相對簡單、生產(chǎn)效率高、污染少、成本低等優(yōu)點.但是，在制備過程中一旦反應(yīng)開始將是一個自發(fā)進行的過程，所以很難控制反應(yīng)溫度及反應(yīng)時間.同時，孔徑的大小以及孔徑的分布都不均勻，基體中會存在較多缺陷.

圖3 SHS工藝流程Fig.3 Process for making cellular metals with SHS

1.8 金屬氧化物還原燒結(jié)法

該方法先在氧化氣氛中加熱金屬氧化物獲得多孔的、透氣的、可還原金屬氧化物燒結(jié)體，然后在還原氣氛中且低于金屬的熔點溫度下進行還原，從而得到開口的多孔金屬.該方法的缺點在于不能很好地控制孔洞的大小及分布，以及對反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間有著精確要求.

Murakami等［28］用爐渣中的氧化物FeO－Fe2O3－CaO－Al2O3作為材料，CaCO3作為發(fā)泡劑，置于惰性氣體中以280℃/min的加熱速度迅速升溫到1 400℃保溫直至體積最大時停止，然后隨爐冷卻，在600℃用H2進行還原制備出多孔鐵基材料.該方法中溫度和Al2O3的含量均對孔隙的形成有著較大影響，溫度影響著發(fā)泡劑產(chǎn)生氣體的速率以及爐渣氧化物的粘度，Al2O3含量對體系粘度也有影響.經(jīng)過還原后的泡沫基體不僅含有上百微米的大孔，還有一些反應(yīng)留下的幾微米小孔.

綜上所述，每種工藝都能制備出多孔金屬，但是其適用的金屬體系，以及制備出的多孔金屬孔隙率不盡相同.表1對此進行了總結(jié)，可以看出，真正用于商業(yè)化的工藝并不多，大多是處于試驗研究階段，因為存在著消耗以及污染問題，比如空心球燒結(jié)法雖然能夠得到孔隙分布良好的多孔金屬，但制作空心金屬球體成本較高.漿料發(fā)泡法雖然能得到較高孔隙率的多孔金屬，但廢液處理不好會污染環(huán)境.所以，應(yīng)該結(jié)合使用要求和制備條件選擇好制備工藝.

表1 制備工藝總結(jié)Table 1 Production processes for cellular metals

2 多孔金屬的應(yīng)用

多孔金屬是一類具有低密度及新奇性能的新型材料，它同時兼具結(jié)構(gòu)材料與功能材料的特點，在建筑、航空航天、醫(yī)學(xué)、石油化工、電磁屏蔽、電化學(xué)過程、催化反應(yīng)工程等諸多方面應(yīng)用廣泛［29］.

2.1 作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用

2.1.1 輕質(zhì)建筑材料

超輕多孔金屬夾芯板相比于傳統(tǒng)的混凝土材料具有質(zhì)量輕、抗震性能好、防水、保溫隔熱等優(yōu)點［30－31］.在日內(nèi)瓦一些高檔小區(qū)內(nèi)已經(jīng)用泡沫鋁復(fù)合板作為建筑材料，它不僅可以帶來美感，而且防火性和抗震性都非常優(yōu)異［32］.另外，在軍事上泡沫金屬也與很好的應(yīng)用前景，劉仁輝等［33］針對目前常規(guī)武器的發(fā)展趨勢以及對建筑結(jié)構(gòu)局部破壞特點，設(shè)計了一種鋼板泡沫鋁復(fù)合結(jié)構(gòu)以降低框架底層柱的破壞程度，通過模擬表明，鋼板泡沫鋁復(fù)合減振層具有較好的吸能減振效果，可以運用到地面軍事工程結(jié)構(gòu)防爆設(shè)計中去，以提高戰(zhàn)時士兵的生存能力.

2.1.2 吸能材料

多孔金屬材料被壓縮變形時，由于其內(nèi)部大的孔隙度，使得其具有較大的壓縮變形空間，能夠吸收大部分能量，所以可用于保護結(jié)構(gòu)，如緩沖器、吸震器等.

早在20世紀90年代學(xué)者們就已經(jīng)著手研究泡沫金屬在汽車行業(yè)中的應(yīng)用［34－35］，目前對于泡沫鋁填充結(jié)構(gòu)在汽車中的研究主要集中在保險杠、車架等部件［36］.國內(nèi)對此的研究也已較為成熟，徐平等［37］依據(jù)車門防撞梁結(jié)構(gòu)設(shè)計了泡沫鋁填充的防撞梁結(jié)構(gòu)，并對其進行模擬，結(jié)果表明，其比原型防撞梁屈服力大，吸能性更高，在提高汽車安全性方面有明顯優(yōu)勢.王剛等［38］對單純的泡沫鋁材料進行了改進，制備了性能優(yōu)異的泡沫鋁三明治復(fù)合板，更適用汽車行業(yè)，明確了泡沫鋁材料的發(fā)展方向.

此外，航空領(lǐng)域也廣泛用到泡沫防護材料.歐空局研究發(fā)現(xiàn)，在多層防護結(jié)構(gòu)中加入多孔鋁，可對撞在航天器上的碎片形成多次沖擊加載，使其破碎，減小對機器的傷害［39］.而且，用泡沫鋁復(fù)合材料制備天文望遠鏡鏡片，不僅穩(wěn)定性高，還能防止空間碎片對鏡片的沖擊破壞［40］.

2.1.3 醫(yī)學(xué)材料

近幾年，多孔金屬被越來越廣泛地用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如骨科移植.良好的骨科植入材料需要有穩(wěn)定的生物學(xué)性能、良好的生物相容性、好的機械性能以及優(yōu)良的傳輸性能.

李斌等［41］總結(jié)了多孔鉭在人工關(guān)節(jié)、脊柱、骨壞死和骨缺損等方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出多孔鉭除了具有穩(wěn)定的生物學(xué)特性外還具有孔隙率高、彈性模量低及表面摩擦系數(shù)高等特點，還能夠促進骨骼、纖維組織的長入，從而促進韌帶和肌腱直接連接到假體表面.Lai等［42］研究了孔結(jié)構(gòu)對醫(yī)學(xué)用多孔鈮鋯（TiNbZr）形狀記憶合金性能的影響，研究表明，孔隙率在38.5%～49.7%時，多孔TiNbZr形狀記憶合金的機械性能更接近骨骼.Vasconcellos等［43］采用一步粉末冶金法制備出中心致密表面多孔的多孔鈦，用于骨移植領(lǐng)域，此種方法能夠減少置換多孔涂層所帶來的問題，在骨組織工程上有很大前景.

2.2 作為功能材料的應(yīng)用

2.2.1 熱交換材料

多孔銅和多孔鋁等導(dǎo)熱率高的多孔金屬材料可用于熱交換材料，比起傳統(tǒng)的熱交換材料，這類開孔泡沫金屬有著密度低、比表面積大、導(dǎo)熱率高等優(yōu)點，大的比表面積和介質(zhì)的對流傳熱能夠增大傳熱效率.Kim等［44］用不同孔隙率的泡沫鋁在空氣冷卻介質(zhì)中做了滲流和換熱性能研究，實驗表明，換熱性能隨著孔密度的增加而提高.除此之外，由于其特有的開孔結(jié)構(gòu)可以使壓力降最小化.

據(jù)報道日本三菱公司在2014年為了滿足美國與泰國對汽車熱交換器通道多孔鋁管的市場需求，投資了7.4億日元擴大了這種管材的生產(chǎn)能力，由此可見，熱交換多孔金屬材料有著很大的市場.另外，多孔金屬可用于制備高功耗的電子器件如CPU、LED的散熱裝置.

2.2.2 電極材料

相比于傳統(tǒng)電極材料，多孔金屬作為集流體可以具有較大的體積變化緩沖空間，增強活性材料與集流體間的結(jié)合力.同時，由于其具有較高的比表面積可以促進集流體與活性物質(zhì)的接觸，從而增大容量和提高充放電速率［45］.

國內(nèi)外對多孔鎳電極做了大量研究，孔德帥等［46］對納米多孔結(jié)構(gòu)鎳基復(fù)合膜電極進行了研究，結(jié)果表明，此復(fù)合膜在20 A/g的充放電流密度下，經(jīng)過1 000次充放電循環(huán)，電容保持率仍相當高為94%.張蕾等［47］制備出新型多孔Ag/Ni復(fù)合泡沫金屬材料，并將其用于鋰空氣一次電池正極，研究結(jié)果表明，其作為鋰空氣一次電池的氧氣極集流體，明顯提高了還原反應(yīng)的催化活性，改善了電化學(xué)反應(yīng)性能，電流密度0.1 mA/cm2時，放電電壓平臺從2.66 V升高到2.73 V，容量也由2 000 mAh/g增大到2 750 mAh/g，且大電流密度下改善更為明顯.Garcia等［48］研究了多孔Ni－YSZ（氧化釔中含有摩爾分數(shù)為8%的氧化鋯）電極對甲醇氧化的電催化作用，結(jié)果表明，多孔Ni－YSZ電極性能遠超鉑電極.

2.2.3 過濾分離材料

常見的液－固分離裝置為多孔青銅和多孔鈦，多孔青銅常在石油工業(yè)中用于凈化石油的過濾，多孔鈦應(yīng)用較為廣泛，可用于凈化飲用水以及海水淡化中半透膜的支撐體；多孔鎳、多孔不銹鋼常用于氣－液分離，對多孔金屬進行涂覆有機硅的處理后可有效地氣－水分離；汽車尾氣處理常用到氣－固過濾裝置，如Ni－20Cr、Ni－22Cr－1.8Al合金制成的多孔體，可以抵抗廢氣的腐蝕且耐高溫，非常適合尾氣處理；氣－氣分離需要多孔材料的孔徑達到納米級，等于或小于氣體的平均自由程以達到分離目的［49］.Shan等［50］通過原位晶化技術(shù)處理泡沫鋁，制備了分層的鎂－鋁層狀雙金屬氫氧化物（LDH），它能夠吸附水溶液中的重金屬離子，在污水處理上有很大的應(yīng)用前景.

2.2.4 吸聲材料

多孔金屬由于其多孔的結(jié)構(gòu)特點可以使聲波發(fā)生漫反射，并且內(nèi)部空氣的震蕩引起空氣與孔壁發(fā)生摩擦，從而使聲能轉(zhuǎn)變成熱能使聲波減弱.研究表明，吸聲性能與多孔材料的空腔內(nèi)填充介質(zhì)、空腔厚度以及之間的位置有關(guān)［51］.目前，日本、美國、德國等已將泡沫鋁吸聲材料應(yīng)用在船舶、鐵路及公路等領(lǐng)域［52］.國內(nèi)段翠云等［53］總結(jié)了吸聲材料的分類及應(yīng)用，探討了空氣流阻和孔隙結(jié)構(gòu)對吸聲特性的影響.王月等［54］制備出了吸聲系數(shù)為0.4～0.52的泡沫鋁用于船舶行業(yè)，研究表明，孔徑越小，孔隙率越大，其吸聲性能越好.戴曉波等［55］用泡沫鋁設(shè)計了自然通風隔聲窗，現(xiàn)場測試具有良好的隔聲性能及通風效果.最近，孫朋等［56］以廢聚苯乙烯顆粒為造孔劑制備了鋼渣多孔吸聲材料，這對鋼渣是很好的再利用.

2.2.5 電磁屏蔽材料

多孔金屬的屏蔽機理主要是內(nèi)部孔洞對電磁波的多次反射衰減和吸收衰減，研究表明，多孔金屬的孔徑越小，電磁屏蔽性能越好；多孔金屬的體積密度如果超過臨界值，則其對屏蔽性能的基本沒有影響［57］.Xu等［58］提出了適用于泡沫鋁的電磁屏蔽方程，指出其與反射損耗、吸收損耗、所賜反射、渦流損耗、波電流相互作用等因素有關(guān).Kheradmand等［59］在制備電磁屏蔽泡沫鋁是向其中加入碳化硅（SiC），制備了泡沫Al/SiC復(fù)合材料，研究表明，電磁屏蔽性能隨著SiC的含量增加而升高，在添加量為15%時，電磁屏蔽性能達到150 dB.

2.2.6 儲氫材料

氫能具有清潔和高效的特點，而氫的存儲是阻礙其規(guī)模應(yīng)用的一個重要原因，因而研究先進的儲氫方法受到了格外的關(guān)注.由于具有很大的比表面積、高微孔體積和很小的密度，多孔金屬—有機骨架（MOFs）成為儲氫材料研究的一個熱點領(lǐng)域［60］.MOFs具有吸附及解吸過程溫度低、速度快、熱效應(yīng)小等特點，例如 MOF－5在 77 K、180 bar時的氫氣總吸附量高達11.9%，體積儲氫密度為79 g·L.這一數(shù)值超過了20 K、1 bar下液態(tài)氫氣的密度［61］.近幾年，在MOFs中引入裸露的金屬中心尤其是Sc、Ti和V等，被認為是一種提高MOFs儲氫性能的有效方法［62］.

2.2.7 阻火抑爆材料

近年來，由于多孔金屬材料對爆炸時產(chǎn)生的壓力波和火焰有很好的抑制作用而受到該領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，常用于煤礦瓦斯爆炸的防護［63－64］.早先，吳征艷等［65］基于石油阻火裝置對可燃氣體爆炸傳播的火焰具有淬熄作用，對壓力波具有抑制作用，提出將金屬絲網(wǎng)、波紋板型等幾種結(jié)構(gòu)用于抑制煤礦瓦斯爆炸傳播的新思路.隨著研究的深入，又出現(xiàn)了泡沫陶瓷以及金屬絲網(wǎng)與泡沫陶瓷組合體材料等抑爆材料.最近，孫建華等［66］研究了不同參數(shù)的多孔泡沫鐵鎳金屬材料的衰減超壓效果，結(jié)果表明，多孔泡沫鐵鎳金屬衰減管道內(nèi)瓦斯爆炸沖擊波效果良好，衰減率在12.9%～73.8%.

3 總 結(jié)

多孔金屬材料中孔的特征和分布情況決定了材料的性能，包括孔的形狀、數(shù)量、結(jié)構(gòu)等.雖然以上方法總的來說具有孔徑、孔隙度可控制性好等優(yōu)點，但是仍有很多需要改進的地方.

1）從技術(shù)上看，生產(chǎn)孔徑均勻、低密度、高孔隙率并且孔洞分布均勻的多金屬材料仍具有很多難點需要突破，并且應(yīng)該盡快在基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上擴大實驗研究，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化.

2）制備多孔金屬涉及到多學(xué)科交叉領(lǐng)域，很多冶金或金屬方面的學(xué)者都是從單學(xué)科的角度進行研究，這就造成了基礎(chǔ)理論研究的不足.

3）對于多孔金屬的成形機理，微觀孔的結(jié)構(gòu)和分布以及受力變形等，這些在實驗過程中不方便觀察測量的原理可以通過計算機模擬技術(shù)達成，所以應(yīng)該將實驗與模擬更好的結(jié)合，更快推進產(chǎn)業(yè)發(fā)展.

4）如今對于多功能一體化的金屬多孔材料的開發(fā)相對很弱，這要求我們要對制備工藝進行更深入的研究，完善制備工藝，從而能夠更好地控制孔的結(jié)構(gòu)、大小、分布，實現(xiàn)多孔金屬的多功能化.

隨著社會對多孔金屬的日益重視，越來越多的人著力于對其的研發(fā)及應(yīng)用.盡管目前多孔金屬已被廣泛用于很多領(lǐng)域，如石油、化工等，但這也只是發(fā)現(xiàn)運用了多孔材料的一部分性能特點而已，它仍有很多性能等待人們?nèi)ヌ剿靼l(fā)現(xiàn).

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Solid state preparation and applications of porous metals

HUANG Bensheng，PENG Hao，CHEN Quan，WU Xupeng，ZHONG Yunqiang，LIU Duansu
（School of Materials Science and Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China）

With the ongoing development of society，the development and applications of porous metal materials have

extensive attention.Among the preparation methods of porous metal materials，solid state processing is the most widely used one in commercial production.In this paper，the methods of solid state processing are summarized.The process，principle，advantages and disadvantages of these technologies are presented.Meanwhile，the applications of porous metals are described in details.Structural and functional applications are analyzed.Finallythe future research direction is prospected.

porous metal；solid state preparation；research status；properties；applications

TB383

A

1005－0299（2017）05－0032－09

2016－09－05.< class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時間：

時間：2017－05－11.

四川省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201610615083）；西南石油大學(xué)大學(xué)生課外開放實驗項目（KSZ15098）.

黃本生（1969—），男，博士，教授.

黃本生，E?mail：hbslxp＠163.com.

10.11951/j.issn.1005－0299.20160240

（編輯 程利冬）