多孔金属材料的制备工艺研究进展及应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 07 日 作者简介：郭腾达（2002），男，汉族，甘肃庆阳人。-147-多孔金属材料的制备工艺研究进展及应用 郭腾达1 袁 玮1 尚雨馨1 周小云1 慕 锋2（通讯作者）1.西南大学，重庆 400715 2.滇西应用技术大学，云南 大理 810600 摘要：摘要：改革开放以来，我国社会主义经济建设取得了举世瞩目的成就，伴随时代的发展，我国社会主义建设进入经济发展新时期，这一时期我国各领域技术的突破获得了较大的成就，但从工业发展角度来看，多孔金属材料的产生为各领域发展提供了可能，多孔技术材料作为轻质金属，其具有传统金属不具备的优势，是科技发展和工业进步的最好体现，本文将针对多孔金属的制备工艺和在不同领域的应用问题展开分析和探讨，目的在于进一步促进多孔金属制备工艺的发展，拓展应用范围，为社会经济的发展和人民幸福生活提供有力的支撑。关键词：关键词：多孔金属材料；制备工艺；应用领域 中图分类号：中图分类号：TB383 伴随多孔金属材料应用范围的逐渐扩大，其制备工艺也在不断更新迭代，通过制备工艺的改进，能够让多孔金属材料的应用范围更广，为生产生活提供更大便利。多孔金属材料之所以被广泛应用，一方面由于其比重小、散热能力强等优势，另一方面则是相对于一些难度系数较高的金属制备工艺，多孔金属的制备工艺相对难度不大，而且产量可以稳定输出，这就决定了多孔金属材料应用领域的不断扩大，为工业生产提高了效率，全面促进我国工业和衍生应用领域的发展。1 多孔金属材料的特点 多孔金属材料由于其本身的特点及优势，被广泛应用到各个领域，我们首先着眼于多孔金属材料的特点。首先，多孔金属材料的结构是由许多微小的孔洞组成的，这使得它具有很好的透气性和吸音性能。在需要过滤气体或吸收噪音的场合，多孔金属材料是非常理想的选择；其次，多孔金属材料的强度和刚度都比较高，而且它的质量相对于其他材料来说比较轻。这使得多孔金属材料在航空航天、汽车和体育用品等领域得到了广泛的应用。此外，多孔金属材料的加工和制造也比较容易，可以通过各种方法如粉末冶金、金属沉积等来制备。这使得多孔金属材料在工业生产中具有广泛的应用前景。总之，多孔金属材料是一种具有许多独特性质和优点的材料，因此才能被广泛应用到各个领域当中，随着科技的不断发展，多孔金属材料的应用前景将会更加广阔。2 多孔金属材料的制备工艺 2.1 烧结法 烧结法是多孔金属材料制作的一种基本方法，也是最为常见的一种方法，通过烧结法可以简单得到多孔金属材料，通过物理和化学反应，将原材料转化为特定领域需要的特定性能的多孔金属材料。烧结法首先选择所需的金属粉末或颗粒，并进行适当的预处理，以确保其纯净度和粒度分布的均匀性。然后，将预处理的金属粉末或颗粒与适量的烧结助剂混合，以促进烧结过程中的孔洞形成和材料致密化。其次将混合好的原料被填入模具中，并在高温条件下进行烧结。在此过程中，金属粉末或颗粒逐渐熔化并相互粘结，形成多孔的结构。同时，烧结助剂在高温下挥发或分解，留下孔洞。烧结法的关键在于控制烧结温度、时间和原料配比，这些参数决定了多孔金属材料的孔径、孔隙率、机械性能等特性。为了进一步优化材料的性能，可以在烧结后进行一系列后处理操作，总的来说，烧结法为多孔金属材料的制备提供了一种有效且灵活的方法，通过调整工艺参数和原材料的成分，可以制备出具有各种应用需求的优质多孔金属材料。2.2 铸造法 铸造法也是一种较为常见的多孔金属材料制作方法，相比于烧结法，这种制备工艺制造出来的多孔金中国科技期刊数据库 工业 A-148-属材料更加具有个性化，通过铸造工艺，将金属放入预先做好的模具内，带金属液体冷却后，得到相应的多孔金属材料，这种方法适合量产多孔金属材料，在具体实践中也是非常常见的一种制备工艺。铸造法的优点在于能够快速制备大尺寸的多孔金属材料，并且可以通过改变模具的形状和孔洞结构来控制材料的孔洞形状和大小。此外，铸造法还可以通过添加不同的合金元素来调整材料的物理和化学性能。然而铸造法也存在一些缺点，首先，模具的制造过程比较复杂，需要较高的制造成本。其次，铸造过程中金属液体的流动性会对孔洞结构和形状造成影响，需要精确控制铸造工艺参数。此外，铸造法得到的材料通常较为粗糙，需要进行后处理才能满足某些应用需求。为了克服铸造法的缺点，可以通过优化模具设计和制造工艺，降低模具制造成本和提高模具精度；通过改进铸造工艺参数，提高金属液体流动性和充型能力；通过后处理工艺，改善材料的表面质量和其他物理性能。铸造法是一种制备多孔金属材料的有效方法。通过不断优化铸造工艺参数和模具设计，可以制备出具有优异性能的多孔金属材料，满足各种应用需求。2.3 化学沉积法 化学沉积法也是多孔金属材料的一种制备工艺，这种方法的关键在于完全利用金属的化学性质进行制备，优势在于工艺简单，制作成本较低，只要掌握了不同金属的性质就能较为容易的制作出想要的多孔金属材料。化学沉积法的基本原理是利用化学反应在金属表面生成所需的金属或合金沉积层。在化学沉积过程中，通过控制反应条件，可以获得具有不同孔径孔隙率和孔结构的多孔金属材料。化学沉积法的优点在于其制备工艺简单、成本低廉、可大面积制备，且可以获得具有优异性能的多孔金属材料。此外，通过改变沉积液的成分和反应条件，可以控制多孔金属材料的结构和性能，以满足不同领域的应用需求。在化学沉积法中，常用的制备工艺包括电镀、化学镀等。其中，电镀和化学镀是较为常见的制备工艺。在电镀工艺中，通过电解的方法将金属离子还原成金属原子并沉积在基材表面，形成多孔金属材料。在化学镀工艺中，利用还原剂将金属离子还原成金属原子并沉积在基材表面，形成多孔金属材料。为了获得具有优异性能的多孔金属材料，需要对其结构和性能进行优化。优化方法包括调整化学沉积工艺参数、改变沉积液的成分、添加表面活性剂等。同时，对多孔金属材料的表征和性能测试也是必不可少的环节，可以通过扫描电子显微镜、气孔率测定仪等设备对多孔金属材料的形貌、结构和性能进行测试和表征。化学沉积法是一种制备多孔金属材料的有效方法，具有广阔的应用前景。未来，随着科学技术的不断发展，相信会有更多的制备工艺和技术应用于多孔金属材料的制备中，推动其在实际应用中的发展和应用。2.4 电化学法 电化学法也是化学制备多孔金属材料的一种方法，与化学沉积法相比，其加入了电解作用，通过电解在金属表面形成多孔结构应用与实践，这种方法的优势在于操作工艺简单，能够快速量产多孔金属材料。在电化学法中，通常采用阳极氧化或阴极还原的方法来制备多孔金属材料。阳极氧化是在金属表面施加阳极电压，使金属溶解并生成氧化物，同时形成多孔结构。阴极还原则是将金属材料作为阴极，通过电解过程在金属表面形成多孔结构。在制备过程中，电解液的成分和浓度、电解温度、电流密度等参数对多孔结构的形貌和性能有重要影响。通过调整这些参数，可以控制多孔结构的孔径、孔隙率、壁厚等参数，以满足不同的应用需求。此外，为了进一步提高多孔金属材料的性能，可以采用复合电化学法。该方法将两种或多种电化学法相结合，通过综合调控电解液的成分和浓度、电解温度、电流密度等参数，制备出具有优异性能的多孔金属材料。总之，电化学法是一种高效低成本的制备多孔金属材料的方法，通过调整参数和采用复合电化学法，可以制备出具有优异性能的多孔金属材料，为工业生产和科学研究提供重要的技术支持。3 多孔金属材料的应用领域 3.1 过滤与分离领域 多孔金属材料的应用范围很广，过滤与分离领域的应用是多孔金属材料的重要应用场景，基于多孔金属材料的特点和优势，可以实现更好的过滤与分离，达到生产的目的。首先，在液固分离方面，多孔金属材料可以用于过滤器、滤网、滤膜等设备的制造。例如在工业循环水处理中，多孔金属过滤器能够有效地去除水中的悬浮物和杂质，保证水质稳定。在食品工中国科技期刊数据库 工业 A-149-业中，多孔金属滤网可用于果汁、茶、酒等饮品的过滤，提高产品质量；其次，在气固分离方面，多孔金属材料可以用于空气过滤器、粉尘收集器等设备的制造。例如在工业除尘设备中，多孔金属过滤器能够高效地去除空气中的粉尘颗粒物，减少环境污染。在生物制药领域，多孔金属过滤器可用于空气的除菌、除病毒等操作，保证生产环境的洁净度；此外，在液液、气液分离方面，多孔金属材料可以用于制造各种膜分离设备。例如，在海水淡化领域，多孔金属膜可用于反渗透技术，实现海水中盐分的去除和淡水的回收。在污水处理领域，多孔金属膜可用于超滤、纳滤等操作，实现对污水中有用物质的回收和废水的净化。多孔金属材料在过滤与分离领域中的应用具有广泛的市场前景和重要的实际意义，随着科学技术的不断进步和应用需求的不断提高，多孔金属材料将不断得到改进和完善，为人类的生产和生活带来更多的便利和效益。3.2 吸声降噪领域 多孔金属材料在牺牲降噪方面也得到了广泛的应用，多孔金属材料是优秀的防噪音材料，在现代社会被广泛的应用到各个领域，起到了减少噪声的目的。多孔金属材料在各个领域的应用价值显著，尤其在吸声降噪方面发挥了关键作用。除此之外，该材料在过滤和分离技术领域也展现出卓越的性能。由于其优异的过滤效果和分离能力，多孔金属材料广泛应用于液体和气体过滤及分离过程，为工业流程提供高效、稳定的支持。在生物医药领域，多孔金属材料的应用也日益广泛。凭借其独特的物理和化学性质，多孔金属材料在药物载体和组织工程中发挥重要作用，为医疗技术的进步提供了有力支撑。在能源领域，多孔金属材料的导热性能和机械强度使其成为高效热交换器和核反应堆结构材料的理想选择。这种材料为能源的高效利用和安全性提供了可靠保障。航空航天领域对材料的要求极为严格，而多孔金属材料凭借其轻质、高强度的特性，满足了航空航天领域对高性能结构部件的需求。其在这一领域的应用不仅提升了航空航天装备的性能，也推动了相关技术的持续创新。多孔金属材料凭借其独特的性能和广泛的应用领域，在当今科技发展中占据重要地位。3.3 催化剂载体 多孔金属材料由于其独特的孔结构和优秀的物理化学性能，在许多领域中都有着广泛的应用。其中，催化剂载体是其中一个重要的应用领域。催化剂是许多化学反应中必不可少的物质，它可以加速反应的速率，提高产物的选择性。而催化剂载体的选择对于催化剂的性能有着至关重要的影响。多孔金属材料作为催化剂载体，具有比表面积大、孔结构发达、导热性能好等优点，可以提供良好的催化活性中心，有利于反应物在催化剂表面的吸附和扩散，从而提高催化剂的活性和选择性。在石油化工领域，多孔金属材料作为催化剂载体被广泛应用于各种烃类催化裂化反应中。此外，在低碳烃的合成、燃料油品的脱硫等反应中，多孔金属材料也展现出了优异的催化性能。除了石油化工领域，多孔金属材料在环保领域也有着广泛的应用。3.4 生物医学领域 多孔金属材料在医学领域的应用是人类的一项伟大创举，让很多饱受病痛折磨的患者获得新生，甚至挽救了很大一部分患者的生命。多孔金属材料可以被用于制造医疗设备和器械，以改善和提升医疗保健水平。现代医学著名的人工关节，就是多孔金属材料最直接的应用，多孔金属材料可以用于制造人工关节，如髋关节和膝关节。通过在金属表面形成多孔结构，可以增加材料的表面积，使其与人体骨骼更加紧密地结合在一起，提高人工关节的稳定性和使用寿命。此外，对于一些血栓患者，多孔金属材料可以制成血管支架，用于治疗动脉粥样硬化等疾病。支架上的多孔结构可以使细胞在支架上生长，促进血管再生和修复。除此之外，像我们平时最为常见的牙齿治疗，多孔金属材料可用于制造牙科植入物，如牙齿种植体。通过在金属表面形成多孔结构，可以增加骨组织与植入物的接触面积，提高牙科植入物的稳定性和使用寿命。总之，多孔金属材料在生物医学领域中具有广泛的应用前景，它们可以提高医疗保健水平，改善患者的生活质量。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，多孔金属材料将会在生物医学领域中发挥更加重要的作用。4 结束语 多孔金属材料的产生对于社会经济发展具有重要中国科技期刊数据库 工业 A-150-意义，无论是工业生产还人们日常生活，多孔金属材料的应用可以说是无处不在，给人类社会带来了巨大的福音，随着科技的不断发展与进步，未来多孔金属材料的应用范围必将更加广阔，为人类社会的发展带来更多的益处。参考文献 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