收稿日期：2004-09-02作者简介：陈文革（1969-），男（汉），陕西澄城县人，副教授，博士学位，主要从事纳米与功能器件材料研究。
泡沫金属的特点、应用、制备与发展陈文革!，张强"（1.西安理工大学材料科学与工程学院，陕西西安710048；2.西安惠宇金属基复合材料公司，陕西西安710000）摘要：本文阐述了多孔泡沫金属的结构特点、性能、应用以及制备技术，并展望了泡沫金属今后的研究与发展。
关键词：泡沫金属；性能；制备；应用；综述中图分类号：TF 125.6文献标识码：A文章编号：1006-6543（2005）02-0037-06CHARACTER I ST I CS APPL I CAT I ON FABR I CAT I ON AND DEVELOP M ENT OF PORO S M ETALSCHEN W en -g e 1，ZHANG O ian g 2（1.S choo l o f M aterials S cience and En g i neeri n g ，X i ’an n ivers it y o f T echno lo gy ，X i ’an 710048，Ch i na ；2.M etal M atri x C om p os ite M aterial C or p oration o f X i ’an H ui y u ，X i ’an 710000，Ch i na ）Abstract ：T he struct ure ，characteristics ，a pp lication and f abrication o f p orous m etals are su mm a-rized.T he research and develo p m ent o f p orous m etals i n t he f ut ure are f orecast.K e y words ：p orous m etal ；characteristic ；f abrication ；a pp lication ；su mm arization 多孔泡沫金属自1948年美国的S oS ni k 利用汞在熔融铝中气化而得，使人们对金属的认识发生了重大转变，认为面粉可以发酵长大，金属也可以通过类似的方法使之膨胀，从而打破了金属只有致密结构的传统概念。
多孔泡沫金属材料实际上是金属与气体的复合材料，正是由于这种特殊的结构，使之既有金属的特性又有气泡特性，如比重小、比表面大、能量吸收性好、导热率低（闭孔体）、换热散热能力高（通孔体）、吸声性好（通孔体）、渗透性优（通孔体）、电磁波吸收性好（通孔体）、阻焰、耐热耐火、抗热震、气敏（一些多孔金属对某些气体十分敏感）、能再生、加工性好等。
因此，作为一种新型功能材料，它在电子、通讯、化工、冶金、机械、建筑、交通运输业中，甚至在航空航天技术中有着广泛的用途。
1泡沫金属的结构特点图1所示常见泡沫金属的显微结构示意图，归纳起来有以下特点。
!#!孔径大多孔泡沫金属材料与粉末冶金多孔材料相比，孔径较大，贯通孔多。
泡沫金属材料的孔径一般在0.1!10mm 之间。
!#"孔隙率高多孔泡沫金属材料的孔隙率随其种类不同而不同，在40%!98%的范围内变化。
!#$密度低随孔隙率的提高，泡沫金属的密度降低，一般为同体积金属的3／5!1／50不等。
例如孔隙率大于63%的泡沫铝合金，其密度可达1g ／c m 3以下，能够浮于水面上。
2泡沫金属的特性和用途泡沫金属材料由于其特殊的结构、性能特点，具有很高的开发研究价值，并在能源、交通、消声减震、过滤第15卷第2期2005年4月粉末冶金工业POW DER M ETALLURGY I NDUSTRYV o l .15N o.2A p r .2005分离、医疗、包装材料等领域都有广泛的应用前景。
图1泡沫金属的显微结构（a）不规则的颗粒；（b）规则的颗粒；（c）短纤维颗粒2.1能源材料随着能源危机及绿色革命的兴起，以太阳能电池和电动汽车电池为龙头的开发研究必定为化学电源的发展带来新的契机。
轻量化、高比能、高吸收转化率的电池材料的开发成为这一发展的关键。
烧结多孔电极存在孔隙率不高、活性物质利用率低、电极强度不够、电极制造工艺复杂等不足，采用更高孔隙率的泡沫金属材料作为化学电源电极的结构材料，应该是化学电源的一次革命。
如泡沫镍作为电极材料用于N i-C d电池的电极时，能效可提高9 %，容量可提高4 %，并可快速充电；轻质高孔率的发泡基板和纤维基板等多孔金属材料与传统烧结基板材料相比，可使镍材消耗降低约一半，极板质量减少l2%左右，并大大提高能量密度。
2.2反应材料在化学工业中，可利用多孔金属比表面大并具有支撑强度等特点，制作高效催化剂或催化剂载体。
如将泡沫金属制作汽车所排有毒废气的催化中和器，可减少排放CO为2!3倍，毒性减小达9 %。
环保方面还用泡沫镍对水溶液中的6价C r离子（剧毒）进行氧化还原反应，用材质均匀的多孔钛作工业废水处理装置。
日本钢铁公司和松下电器工业公司共同开发出在三维网状铁系多孔体上复合铁系金属微细粉末和有机酸络合物而形成的性能好、寿命长的新型去臭材料。
2.3缓冲材料泡沫金属可装在气体、液体管道或机械接合部中，当其一侧的流体压力或流速发生强烈波动时，它可以通过吸收流体的部分动能和阻缓流体透过的作用，从而使泡沫金属体另一侧的波动大大减小，此效应可用于保护精密仪表。
利用多孔泡沫材料的弹性变形也可吸收一部分机械冲击能。
据报道，密度比为.5!.l5的泡沫铝可吸收的能量为2 !l8 M J／m3，强大的能量吸收能力使得它有可能用于汽车的保险杠甚至于航天器的起落架，也可用作制造升降运输系统的缓冲器、磨矿机械的能量吸收衬层、汽车乘客坐位前后的可变形材料以改善安全性，优异的减振性能也使泡沫技术有可能用作火箭和喷气发动机的支护材料。
2.4过滤与分离多孔金属具有优良的渗透性，是适合于制备多种过滤器的理想材料。
利用多孔金属的孔道对流体介质中固体粒子的阻留和捕集作用，将气体或液体进行过滤与分离，从而达到介质的净化或分离作用。
如从水中分离出油、从冷冻剂中分离水。
还可作充气液体或液体分布CO2等的扩散媒介。
2.5消音材料吸声材料需要同时具有优良的吸声效率、透声损失、透气性、耐火性和结构强度。
因为声波也是一种振动，故声音透过泡沫金属时，可在材料内发生散射、干涉，声能被材料吸收，所以泡沫金属也可用于声音的吸收材料，即消音材料，这种消音材料在气体管道和蒸汽管道中都可获得应用。
如在燃气轮机排气系统等一些特殊的工作条件下，其排气消声装置要满足高效、长寿和轻型化的要求。
一般常规的吸声构件和材料不能适用，而具有耐高温高速气流冲刷和抗腐蚀性能优越的轻质多孔钛可满足其要求。
2.6阻燃、防爆材料泡沫金属既有很好的流体穿透性又可有效地阻止火焰的传播且自身有一定的耐火能力，于是可放置在输运可燃性液体或气体的管道中以防止火焰的传播。
因为流体在输运速度增加时可能会着火（声·83·粉末冶金工业第l5卷速在接近爆炸限时会产生约l.5>l07Pa的压力），实验表明，6mm厚泡沫金属就可阻止碳氢化合物燃烧速度为2l0m／s的火焰，其作用机理可以解释为当火焰中的高温气体或微粒穿过泡沫金属材料时，由于发生迅速地热交换，热量被吸收和散失，致使气体或微粒的温度降到引燃点以下，于是火焰的传播被阻止。
2.7发汗材料把固体冷却剂熔化渗入由耐热金属制成的多孔骨架中，在经受高温时这种材料内部的冷却剂会发生熔化和气化而吸收大量的热能，从而使材料在一定时间内保持冷却剂气化温度的水平，逸出的液体和气体会在材料表面形成一层液膜或气膜，可把材料与外界高温环境隔离，此过程可一直进行到冷却剂耗尽为止，由于冷却机理相当于材料本身“发汗”，故有发汗冷却材料之称。
2.8发散材料发散冷却是一种先进的冷却技术，它是迫使气态或液态冷却介质通过多孔材料，使之在材料表面建立一层连续、稳定的隔热性能良好的气体附面层，将材料与热流隔开，得到非常理想的冷却效果。
如液氢-液氧发动机推力室喷注器，采用发散冷却后，它的一面为-l50C的氢气，另一面为3500C的燃气，而材料的热面温度仅在80!200C之间，用于发散冷却的多孔材料，渗透量必须能够准确地控制在合理的范围内，透气均匀，孔道曲折小，介质流动通畅，并且要满足作为防热结构材料的基本要求，具有一定的强度、刚度和韧性，选用抗氧化性能好的材质，以防止意外氧化堵孔，烧结金属丝网多孔泡沫材料是其最佳选择。
2.9结构材料多孔金属具有一定的强度、延展性和可加工性，可作轻质结构材料，尤其是温度超过200C的场合。
在飞机和导弹工业中，多孔网状金属被用作轻质、传热的支撑结构。
因其能焊接、胶粘或电镀到结构体上，故可做成夹层构件。
如机翼金属外壳的支撑体、导弹鼻锥的防外壳高温倒坍支撑体（因其良好的导热性）、雷达镜的反射材料等。
在建筑上，多孔金属制作轻、硬、耐火的元件、栏杆或这些东西的支撑体。
现代化电梯高频高速的加速和减速，特别需要轻质结构（如泡沫铝或泡沫镶板）来降低能耗。
泡沫铜较易制得，且便于变形，故适合作紧固器。
此外，多孔金属还可作镶板、壳体和管体的轻质芯，制成多种层压复合材料。
2.10生物材料钛等多孔材料对人体无害且有较好的相容性而被大量用于医疗卫生行业，如多孔钛髓关节用于矫形术，多孔钛种植牙根用于牙缺损的修复，钨铬镍合金复合体用于多孔复合心瓣体等。
3泡沫金属的制备及分析到目前为止，国内外对多孔泡沫金属的制备工艺方面的研究较多，归纳起来主要有以下几种，铸造法、粉末冶金法、金属沉积法、烧结法、熔融金属发泡法、共晶定向凝固法等六种。
3.1铸造法该方法是由熔融金属或合金冷却凝固后形成的多孔泡沫金属，随不同的铸造方法可覆盖很宽的空隙范围和具备各种形状的空隙，与其他各种工艺方法相比，该方法具有生产工艺简单、成本较低等优点，便于工业推广应用。
铸造法可细分为熔模铸造法和粒状物料周围浇铸法两种。
熔模铸造法是先将已经发泡的塑料填充入一定几何形状的容器内，在其周围倒入液态耐火材料，在耐火材料硬化后，升温加热使发泡塑料气化，此时模具就具有原发泡塑料的形状，将液态金属浇注到模具内，在冷却后把耐火材料与金属分开，就可得到与原发泡塑料的形状一致的金属泡沫。
粒状物料周围浇铸法，是先把粒状物料放置于铸模之内，在其周围浇铸金属，然后把粒状物料溶解，得到泡沫金属，常见的这种既有一定耐火度又能被水溶解的粒状物料是N ac l。
由于界面张力缘故，金属有时不能进入到粒状物料周围的缝隙中，在这种情况下，就需要在熔体表面施加压力（如使用活塞）或使模具有适当的负压（如连接真空泵）方可达到浇注目的。