相信人们对多孔介质一定都不陌生,指的是由相通的、不规则的孔的固体骨架和流体组成的一类复合介质,它构成了地球生物圈的物质基础。人类从很早就开始认识多孔介质内的物理过程。例如,土壤中水、肥、污染物的吸收、保持和迁移,动物体内的新陈代谢和植物体中根、茎、叶中水分和养分的传递等。作为泡沫类的大孔尺寸多孔介质,泡沫金属是一种孔隙度达到90%以上,具有一定强度和刚度的新型金属材料。泡沫金属拥有密度小、隔热性能好、隔音性能好以及能够吸收电磁波等一系列良好优点,是随着人类科技逐步发展起来的一类新型材料。
泡沫金属材料
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。目前,已经在开始实际应用的泡沫金属有铝、镍、铜等。
其中,泡沫铝材料的比重仅为同体积铝的0.1~0.6倍,但牢固度却是泡沫塑料的4倍以上,导电性能要比实心铝材料小得多,相反电阻率就大得多,是电的不良导体。另外,泡沫铝还具有刚性大、不易燃、不易氧化、不易老化、可回收再利用等特点。正是由于泡沫铝的这些优良性能,决定了它具有广泛的用途和广阔的应用前景。尤其是在汽车制造业方面,泡沫铝被认为是一种未来大有前途的良好材料。目前国外已有全铝汽车出现,与铝相比泡沫铝材料具有更轻量化的特点,可以更好地提高燃油效率。
与海绵、泡沫塑料、橡胶以及木板等材料一样,泡沫金属也具有很好的缓冲保护性能,已成功的应用于在航天器返回仓、月球着陆器、汽车防撞、高铁动车厢体等多个领域。另外,在制备人工骨方面,因为部分多孔材料与人体组织有良好的相容性和无害性,所以可用于一些医疗领域,例如骨科、牙科等。例如,用钛金属泡沫材料制成的人造骨骼,既有利于相应组织细胞的附着生长,又具有很好的减振效果,在保证力学性能的同时又使替换部分的生物特性接近原有水平,这对绝大多数不具备自恢复效应的人骨材料来说是极为重要。
泡沫金属还可以作为建筑装饰材料、耐火材料、阻燃材料、催化剂载体、多孔电极等诸多领域。可以说,泡沫金属的应用前景相当广阔。未来,随着泡沫金属生产工艺的不断完善及对其研究开发的不断深入,泡沫金属的应用领域还将不断地扩大。因此,对泡沫金属进行研究开发有着重大的实际应用价值。