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泡沫金屬是一種結(jié)構(gòu)-功能一體化的結(jié)構(gòu)和功能材料。目前泡沫金屬以鋁和鋁合金泡沫金屬為主，其他泡沫金屬有鎂、銅、鈦、鉛、鋅、鎳和鋼等。

 

制備工藝

 

目前已經(jīng)商品化的泡沫產(chǎn)品主要有：熔模鑄造復制生產(chǎn)的Duocel開孔泡沫鋁；用沉積法生產(chǎn)的Incofoam開孔鎳泡沫；用熔體發(fā)泡法產(chǎn)生的Alporas閉孔鋁泡沫；用粉末加工致密化發(fā)泡法生產(chǎn)的Alulight閉孔泡沫鋁。

 

泡沫金屬的主要制備工藝

 

性能特點

 

1、 吸聲性能

 

泡沫金屬受到聲波作用時，孔內(nèi)介質(zhì)（空氣）在聲波作用下產(chǎn)生周期性的振動而與孔壁摩擦形成摩擦熱，從而消耗一部分能量；其次，孔內(nèi)介質(zhì)在聲波作用下發(fā)生壓縮—膨脹形變使一部分聲能變?yōu)闊崮?，對消聲起主導作用；另外，泡沫材料本身也可以因彈性振動而消耗一部分聲能?/span>

 

泡沫金屬用于制作各種環(huán)保消聲材料。

 

2、 抗沖擊性能

 

泡沫金屬有較高的孔隙率，具有特殊的壓縮應(yīng)力—應(yīng)變特性，抗沖擊性能優(yōu)于其他材料。泡沫金屬的吸能能力可達490 KJ/m3~3430 KJ/m3，是一種有效地防撞與防震材料，在精密儀器包裝中具有非常好的應(yīng)用場景。

 

3、 導熱性能

 

泡沫金屬孔徑較大，孔隙率較高，在大量的孔隙中存在有低導熱系數(shù)的空氣介質(zhì)，其導熱性隨著孔隙率的增加而呈指數(shù)下降的趨勢，其表觀導熱系數(shù)為金屬或合金的0.1~0.01倍。

 

4、 電磁屏蔽性能

 

泡沫材料的電磁屏蔽性能遠比純鐵、含銅粉涂料優(yōu)良, 泡沫鋁對電磁波具有優(yōu)良的屏蔽作用,特別是對高頻電磁波的屏蔽效果更好。由于它具有這種良好的屏蔽性能, 用它可以建造電子裝備室、電子設(shè)備等。

 

5、 其他性能

 

除以上的性能以外, 泡沫材料還具有許多其它的優(yōu)良性能, 例如阻尼特性(由于泡沫金屬由金屬骨架孔隙所構(gòu)成, 組織極不均勻, 應(yīng)力—應(yīng)變曲線中含有一段很長的平臺區(qū), 因而它是一種具有很高能量吸收特性的高阻尼材料)；良好的透過性;較好的耐火性、相當大的比電阻、優(yōu)良的可加工工藝性能、密度小(約為鋁的1/2 的1/10)等。

 

多孔金屬膜材料

 

1、 定義

 

對于擔載膜，以多孔金屬為基體，金屬、金屬氧化物、合金為膜材，用于過濾等用途的膜叫多孔金屬膜。

 

對于非擔載膜，膜材為金屬或合金，且用于過濾分離的膜叫多孔金屬膜。多孔金屬膜分為非對稱多孔金屬膜和對稱多孔金屬膜，非對稱多孔金屬膜包括粉末燒結(jié)多孔金屬膜（膜層為金屬或合金）和多孔金屬復合膜（膜層為金屬氧化物）。孔徑范圍一般為0.01~10μm。

 

非對稱多孔金屬膜結(jié)構(gòu)分為支撐體和膜層，支撐體是多孔金屬，如多孔鈦、多孔鎳、多孔不銹鋼、金屬絲網(wǎng)、金屬纖維氈，膜層通常為金屬或金屬氧化物或合金等材料，如不銹鋼、Ni及鎳合金、Ti、TiO2、Al2O3等。支撐層孔徑較大，強度較高，對分離層起到支撐補強的作用。分離層孔徑較小，用于過濾精度控制。

 

2、 優(yōu)點

 

具有良好的機械加工性能、焊接性能和密封性能；

 

機械強度高，可增大壓差來提高滲透率，增大膜的分離能力；

 

可在高溫下使用，具有良好的熱傳導性能，膜組件中的熱應(yīng)力??；

 

耐強酸、強堿的腐蝕，可用于極端pH料液的分離操作，對物料具有良好的適應(yīng)性；

 

密封性能好，具有良好的焊接性能，膜組件易于連接；

 

清洗、消毒容易，且不會引起膜材料劣化；

 

可用于高固體物含量或高濃度料液的分離，膜污染非常?。?/span>

 

使用壽命長；

 

吸附量大，支撐性好，過濾面積大，可在線清洗，不影響生產(chǎn)。

 

3、 制備工藝

 

目前多孔金屬膜材料的制備工藝分為：固態(tài)粒子燒結(jié)法、相分離法、薄膜沉積法。

 

固態(tài)粒子燒結(jié)法

 

工藝分為懸浮液制備、涂膜工藝、干燥和燒結(jié)等工序。

 

影響膜孔徑和孔徑分布的因素有金屬粉料體系、粉體顆粒形狀、顆粒大小、粒度分布、黏結(jié)劑黏度、添加劑及燒結(jié)溫度。

 

懸浮液制備工藝采用的粉末有鈦粉、不銹鋼粉、納米二氧化鈦粉，對于納米二氧化鈦粉末選用水或酒精即可分散均勻，對于鈦粉、不銹鋼粉末要選用黏度大的分散劑，可選用聚乙烯醇膠體作為分散劑。

 

涂膜工藝一般有刷涂、浸漬、抽濾、噴涂、離心等方法。

 

不同涂膜工藝的比較

 

干燥的目的是盡量地去除金屬膜坯料中的可揮發(fā)物，避免樣品在燒結(jié)時由于水分、黏結(jié)劑等可揮發(fā)物的揮發(fā)量太大、揮發(fā)速率太快，產(chǎn)生應(yīng)力集中而導致多孔金屬膜發(fā)生開裂或形成針孔。

 

燒結(jié)是多孔金屬膜制備過程中的關(guān)鍵工序，對多孔金屬膜的性能起著絕對性作用。對于多孔金屬膜的燒結(jié)，關(guān)鍵是孔結(jié)構(gòu)的變化情況，可分為6個階段：

 

（1）粉末顆粒間的初始金屬結(jié)合；

 

（2）燒結(jié)頸的生長；

 

（3）小孔的閉合；

 

（4）孔道的球化；

 

（5）孔的收縮；

 

（6）大孔增大或粗化。影響因素有：升溫速率、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)時間、保溫溫度。

 

相分離法

 

相分離法一般為兩種：

 

（1）化學侵蝕法；（2）真空蒸餾法。化學侵蝕法即在合金中電化學性質(zhì)較活潑元素在電解質(zhì)的作用下選擇性溶解而留下電化學性質(zhì)較穩(wěn)定的組元的制備過程。真空蒸餾法是指燒結(jié)完成的金屬膜送入真空蒸餾爐中，在高真空下蒸氣壓高的金屬組分將離開膜層，形成多孔金屬膜。

 

薄膜沉積法

 

薄膜沉積法分為化學氣相沉積法、化學鍍膜法、噴射熱分解法。

 

化學氣相沉積法是一種或兩種氣相物質(zhì)在高溫下通過化學反應(yīng)生成固態(tài)物質(zhì)并沉積在載體上形成薄膜的方法。影響沉積的因素有:載體孔徑、載體溫度、反應(yīng)物濃度、擴散速率等，沉積層厚度受沉積時間、沉積次數(shù)、沉積溫度和載體孔徑的控制?；瘜W沉積法制得的多孔金屬膜孔徑小，可達幾個納米，但制作成本較高不易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

 

化學鍍膜法屬于化學反應(yīng)沉積鍍膜法的一種。在還原劑的作用下，金屬鹽中的金屬離子還原成原子狀態(tài)，在載體固液界面析出或沉積，從而得到鍍層。除了還原劑電離電位與沉積金屬之間合適的電位差，化學鍍速率受表面的活性、金屬鹽和還原劑的濃度、鍍液的溫度和pH 值及鍍覆時間等因素的影響?；瘜W鍍膜法制得的膜層非常薄且均勻、涂層致密、機械強度高、不需電源、可在任何載體上成膜。

 

噴射熱分解法采用將金屬鹽(通常為硝酸鹽)溶液噴射于氫火焰中，金屬鹽能蒸發(fā)分解形成金屬蒸氣，在載體上沉積形成致密金屬膜，由于濺射薄膜的沉積顆粒細小、尺寸均勻，并且薄膜厚度薄，制備過程可控性好。

 

4、 應(yīng)用

 

多孔金屬膜材料可用于處理生活廢水、生物廢水，玉米糖漿澄清過濾、發(fā)酵醪液菌絲體過濾、回收苛性鈉、油脂凈化、分離和富集微生物、過濾發(fā)酵液、超高純氣體過濾、果汁行業(yè)過濾等。

 

多孔金屬材料應(yīng)用匯總