书城工业不可思议的新材料
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第15章 泡沫金属

泡沫金属就是含有泡沫状气孔的金属材料。与一般烧结多孔金属相比,泡沫金属的气孔率更高,孔径尺寸较大,可达7毫米。由于泡沫金属是由金属基体骨架连续相和气孔分散相或连续相组成的两相复合材料,因此其性质取决于所用金属基体、气孔率和气孔结构,并受制备工艺的影响。通常,泡沫金属的力学性能随气孔率的增加而降低,其导奇妙的泡沫金属电性、导热性也相应呈指数关系降低。当泡沫金属承受压力时,由于气孔塌陷导致的受力面积增加和材料应变硬化效应,使得泡沫金属具有优异的冲击能量吸收特性。

新材料是当今高技术发展的关键。泡沫金属作为一种新型功能材料,由于其具有孔隙率高、密度小、比表面积大等特征,使得其在具有导电性、吸音、减震、能量吸收、导热及电磁屏蔽等方面具有较好的性能,从而在能源、通讯、化工、冶金、机械、建筑、交通,甚至航空航天等领域中有着广泛应用前景。

在历史的进程中,人们很早就使用了木材、砖头等泡沫材料,但是对泡沫金属却显得有些陌生。泡沫金属的发明至今才有50年的历史。1948年,有人最早提出了利用汞在铝中气化而制取泡沫铝的想法;后来科学家们发展了这一想法,并在1956年成功地制造出了泡沫铝。由于泡沫金属特殊的结构、性能和广泛的用途,吸引了来自日本、美国、苏联及西欧各国众多研究者及政府的日益关注,并在近1年取得了较大的发展。

泡沫金属以其独特的结构而具有许多优异的性能,已经被广泛地应用于航天、航空、运输、环保、能源、生物等各种高科技领域以及一般工业领域,应用的需要也正是对这种新型材料开发的意义。

(1)利用优异的热物理性能。泡沫金属具有很大的比表面积,通孔泡沫金属可以用来制作热交换器及散热器;闭孔泡沫金属可用作绝热材料。

(2)利用吸收冲击功特性。用于制造缓冲器、吸震器是泡沫金属的重要用途之一。其应用从汽车的防冲挡板直至宇宙飞船起落架,此外已成功地用于升降机、传送器安全垫、高速磨床防护罩吸能内衬。

(3)利用透过性能。利用泡沫金属的透过性能,可将其应用于制备过滤器的重要材料。它与粉末冶金多孔性金属相比,有孔径大、孔隙度高的特点,用它制作的过滤器应用范围较广,如滤掉液体、气体中的固体颗粒等。

(4)利用声学及电磁性能。利用泡沫金属的吸音性能,主要用于消音降噪方面,如用于蒸汽发电厂、气动工具、小汽车等的衰减消音器。日本在高速列车配电室、播音室及新干线吸音等方面获得有应用前景的结果。

(5)其他用途。泡沫金属还可用于建筑业,如建筑物内外装饰件、幕墙、内墙壁等;也可作计算机台架、各种包装箱等等。利用泡沫金属的耐火性,可以用于建筑等工业上的耐火材料或通过对其孔洞进行处理,用于阻燃材料等。在化工方面,可用它作为催化剂的载体。另外泡沫金属还可以作多孔电极。胞状泡沫对高频电磁波有很高的屏蔽系数,已被用于制作电子仪器外壳和构建电磁屏蔽室等。

知识点:泡沫铝

泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后,经过发泡工艺制成,同时兼有金属和气泡特征。它密度小、高吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤能力、易加工、易安装、成形精度高、可进行表面涂装。

泡沫铝是一种新型建筑及装潢材料,它具有质轻、高比刚度、美观、不燃烧等优点,并兼有吸音、隔热、电磁屏蔽等特性。因此泡沫铝可广泛应用于商场、宾馆、体育馆等场馆的建筑装潢。因其优异的电磁屏蔽性能,泡沫铝可用于电信、电子仪器、计算机房、电视广播设备的电磁屏蔽。因其导热系数低,同时具有质轻、高比刚度、不燃烧等优点,可用作隔热、保温、保冷材料等。因其具有优良的冲击能量吸收性能,可用作汽车防冲档、机械装置的保护外壳,升降机的安全垫的防护层等。