泡沫金屬是一種在金屬基體中形成無(wú)數(shù)個(gè)氣泡的多孔質(zhì)金屬材料，又稱為多孔泡沫金屬，由于它兼具金屬特性和非金屬的一些特殊物理性能，得到國(guó)內(nèi)外的普遍關(guān)注，近 50年來(lái)在泡沫金屬研制、應(yīng)用開(kāi)發(fā)方面及其結(jié)構(gòu)性能的理論研究都有很大的進(jìn)展．

1 泡沫金屬國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況

自從 1948年由美國(guó)的 SOSNIK首先在鋁中加入汞制出泡沫鋁以來(lái) ，研究人員對(duì)泡沫金屬的制備、性能研究、應(yīng)用開(kāi)發(fā)等方面做了大量的工作 在 60~70年代就使制備泡沫金屬的方法體系大體固定下來(lái)，可分為鑄造法、金屬沉積法、粉末冶金法、噴鍍沉積法等 其中尤其以鑄造法最為經(jīng)濟(jì)，近些年來(lái)已在實(shí)際應(yīng)用中取得很大進(jìn)展．如美國(guó)羅阿公司及美日合作分別用直接發(fā)泡法和熔模鑄造法成功地制取了鉛合金牌號(hào)為 7075、ALMAG35的泡沫鋁型材.

從泡沫金屬的出現(xiàn)到 20世紀(jì) 70～80年代 ，研究主要集中在泡沫金屬的制備方面．比如，在制備泡沫金屬鋁時(shí)的增粘問(wèn)題的解決對(duì)泡沫鋁的制備有很大的推動(dòng)作用 ；另外，氣泡核心機(jī)理的提出及應(yīng)用對(duì)泡沫金屬的制備又是一次很大的突破，這種理論就如同金屬凝固過(guò)程中加入形核劑一 樣，使泡沫金屬的直接成型成為可能.

現(xiàn)在對(duì)泡沫鋁的生產(chǎn)已經(jīng)能夠進(jìn)行從發(fā)泡到成型過(guò)程的連續(xù)生產(chǎn).

(A)為可以連續(xù)生產(chǎn)大型鋁材；(B)為可以連續(xù)生產(chǎn)有一定厚度的大型板材；(c)為可以用來(lái)生產(chǎn)某一形狀的鑄件；(D)為可以連續(xù)生產(chǎn)某一形狀的鑄件．這種方法就是根據(jù)氣泡核心理論獲得穩(wěn)定的泡沫金屬液，進(jìn)而將其引出成型，獲得所需形狀的成品．

另一方面對(duì)改善泡沫金屬性能方面進(jìn)行了研究，各國(guó)都投入了大量的人力物力，研究的內(nèi)容主要包括對(duì)發(fā)泡金屬的合金化、熱處理、纖維增強(qiáng)或其它一些增強(qiáng)的方法 ．其中以烏克蘭冶金學(xué)家沙波瓦洛夫研制的 Gasser高強(qiáng)多孔泡沫材料最為典型，這種材料具有高度的結(jié)構(gòu)完整性，和常規(guī)多孔泡沫材料比，強(qiáng)度和剛度都高得多．

另外，最近幾年在理論方面也開(kāi)始對(duì)泡沫金屬進(jìn)行系統(tǒng)的研究．首先，在泡沫金屬的結(jié)構(gòu)參數(shù)上的研究，人們?cè)絹?lái)越感覺(jué)到泡沫金屬在物理結(jié)構(gòu)上的特殊性，它不僅是一種結(jié)構(gòu)材料，而是種具有許多物理性能的多功能材料．它的那些特殊的性能都能從它的結(jié)構(gòu)上找出原因．例如泡沫金屬孔隙通孔率與閉孔率的測(cè)定研究、孔徑的統(tǒng)計(jì)測(cè)量、比表面積的測(cè)量及這些參數(shù)對(duì)泡沫金屬性能的影響 ．其次，是對(duì)泡沫金屬性能方面如泡沫金屬的變形特性、吸聲特性、阻尼內(nèi)耗特性等的研究．這些研究給應(yīng)用研究提供了理論依據(jù)．

對(duì)泡沫金屬的應(yīng)用和研究取得了很大的成果，已能制備小型和大型件，并進(jìn)入試生產(chǎn)應(yīng)用階段．比如，日本住友電工公司生產(chǎn)的泡沫鋁被用于制造汽車的某些耐熱耐磨擦部件和揚(yáng)聲器的部件；在鐵路上，泡沫鋁被用于制作空調(diào)發(fā)電室的隔音墻．此外，泡沫鋁還被用于作為精密儀器的防震裝置材料等．

國(guó)內(nèi)對(duì)泡沫金屬的研究大約 80年代后才開(kāi)始．經(jīng)過(guò) 10多年的探索和研究，東南大學(xué)、貴州科學(xué)院、大連理工大學(xué)、西南鋁加工廠等一些研究單位已初步掌握了泡沫金屬的生產(chǎn)方法．其中以東南大學(xué)、貴卅I科學(xué)院最為領(lǐng)先．特別是貴卅I科學(xué)院采用直接發(fā)泡法用廉價(jià)的發(fā)泡劑成功制取了較大規(guī)格的泡沫鋁型材，經(jīng)中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所等單位測(cè)試，吸音、屏蔽、減震抗沖擊效果、比重等性能指標(biāo) ，均達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品指標(biāo)．目前東南大學(xué)對(duì)泡沫金屬的制備及性能研究非?；钴S，他們主要側(cè)重用滲流法制備泡沫鋁，并對(duì)滲流法進(jìn)行了模擬試驗(yàn)和用滲流法制備了泡沫鋁．高分子復(fù)合材料，河北工業(yè)大學(xué)采用添加造孔劑的方法，成功地制備出高熔點(diǎn)泡沫鐵，取得了可喜的成果.

在泡沫金屬的制備方面，國(guó)內(nèi)對(duì)發(fā)泡法、冶金法與滲流法的研究比較多 ，而且基本趕上國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的水平，只是對(duì)連續(xù)生產(chǎn)方法的研究還屬空白，有待開(kāi)發(fā)適應(yīng)國(guó)內(nèi)情況的連續(xù)生產(chǎn)方法.

在理論性能方面，國(guó)內(nèi)研究的比較早，對(duì)所研究的領(lǐng)域基本處于國(guó)際領(lǐng)先水平，如對(duì)泡沫金屬結(jié)構(gòu)參數(shù)的測(cè)定 、降噪性能 、水下吸聲性能 、阻尼性能 等都做了大量地研究，并取得很可觀的成果．泡沫金屬中孔隙數(shù)量龐大、大小不一，人工測(cè)量這些結(jié)構(gòu)參數(shù)極為困難，文獻(xiàn) 中用掃描儀將泡沫金屬的圖形信息輸入計(jì)算機(jī)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而測(cè)出孔的平均直徑及孔徑分布，較好的解決了測(cè)量泡沫金屬結(jié)構(gòu)參數(shù)的難題．泡沫金屬是一種具有高能量吸收籽陛的輕質(zhì)高阻尼材料，其阻尼性特點(diǎn)為與應(yīng)變振幅密切相關(guān)，而與應(yīng)變頻率無(wú)顯著關(guān)系的非線性內(nèi)耗．而這方面的研究，國(guó)外 1998年才有報(bào)道.

在應(yīng)用方面，國(guó)內(nèi)研究較少，雖然在理論性能方面的研究提出了很多的應(yīng)用的可能，但與應(yīng)用開(kāi)發(fā)脫鉤，以至沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有泡沫金屬應(yīng)用的報(bào)道．

2 泡沫鐵的制備現(xiàn)狀

泡沫金屬雖然已有近 5O年的歷史，但是對(duì)泡沫金屬的研制和開(kāi)發(fā)大都以輕金屬為對(duì)象，尤其以泡沫鋁的研究最為廣泛．這是由于鋁及其合金熔點(diǎn)低、鑄造性能好、金屬液易處理等特點(diǎn)．另外可以制作泡沫金屬的材料還有 cu、Zn等低熔點(diǎn)金屬及其合金，但這些材料遠(yuǎn)不如泡沫鋁的研究開(kāi)發(fā)進(jìn)行的廣泛．

對(duì)于高熔點(diǎn)的泡沫金屬的研究，主要有 Ni基、Ti基、D 基合金，生產(chǎn)方法主要是粉末冶金燒結(jié)法．對(duì)于這方面的報(bào)道也只是近幾年出現(xiàn)，如 Ni基合金被用來(lái)生產(chǎn)薄片狀的多孔電極 ．

對(duì)泡沫鐵的研究報(bào)道更是少見(jiàn)，僅發(fā)現(xiàn)幾篇含鐵臺(tái)金泡沫金屬的有關(guān)報(bào)道，一篇是 Cu-Fe．sn泡沫金屬的生產(chǎn)，其中Fe含量 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))為6O％～80％，cu為 1O％～3O％，是用粉末冶金法燒結(jié)制得的，其孔隙率 1O％～35％ [3U]；另一種Fe-Cr-AI．RE臺(tái)金，Fe占 70％～8O％，也是用燒結(jié)法生產(chǎn)的，Fe是以纖維形式存在 ”；還有一種是Fe粉和另一種金屬粉末粘附在有粘性的樹(shù)脂網(wǎng)格結(jié)構(gòu)上，然后作燒結(jié)處理制得薄的泡沫金屬片，以作電極用 m，．另外 ，有用滲流法制備泡沫鐵的報(bào)道，也有用中空球料法制備泡沫鐵的報(bào)道 ” ，但都未得以推廣.

總之，對(duì)于高熔點(diǎn)的泡沫鐵的制備及應(yīng)用只是在起步階段，且方法也較復(fù)雜而單一，因此有必要對(duì)泡沫鐵等高熔點(diǎn)金屬及其合金作制備方法上的研究和開(kāi)發(fā)，以早日使這種有諸多特殊性能的功能材料貢獻(xiàn)給人類.

3 泡沫金屬的特性及應(yīng)用

由于泡沫金屬內(nèi)部存在許多孔洞，孔洞的大小、多少、均勻性、連通及封閉都將影響它的性能.

3．1結(jié)構(gòu)參數(shù)及特征

1)孔徑：孔徑一般指孔隙的平均直徑，這是泡沫金屬的基本參數(shù)．泡沫金屬的孔徑一般較大，O．1～1Omm或更大 (一般粉末冶金金屬孔徑不大于 0．3mm).

2)總孔隙率，有效孔隙率：總孔隙率指孔隙所占體積與總體積之比 (可用稱重法求得)．由于并非所有孔隙都相互連通，把連通的孔隙與總體積之比稱為有效孔隙率．只有所有孔隙都連通時(shí)，總 L隙率與有效 L隙率相等．泡沫金屬的孔隙率比較高，它的孔隙率在 40％～9O％之間．

3)通孔度：任何截面上孔隙通道直徑平均值與孔隙孔徑平均值之比為通孔度．

4)比重及比表面積：泡沫金屬的比重輕．一般只有同體積金屬的 1／10—3／5．它的比表面積則較大，為 lO一40cm2／cm3

3．2性能特征

3．2．1重量輕、比重小

由于在金屬基體中存在許多大大小小的孔洞，因此使這種材料明顯有重量輕．比重小的特點(diǎn)．泡沫鋁的比重范圍在0．2～0．5g／cm ，其平均值只有鋁的 1／10．

3．2．2力學(xué)性能

泡沫金屬的抗拉強(qiáng)度比較低．比強(qiáng)度也比較低，但是抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度較高．泡沫鋁的抗拉強(qiáng)度只有鋁的 1／100左右，比強(qiáng)度約為鋁的 1／10．泡沫鋁的剮性較低．如泡沫鋁沒(méi)有金屬 鋁所具有的延展性，受到壓力幾乎不發(fā)生塑性變形．由彎曲試驗(yàn)測(cè)得泡沫鋁的彈性模量約為鋁合金的1／50—1／100.

3．2．3吸收沖擊能特性

泡沫金屬材料具有特有的網(wǎng)狀、無(wú)方向性多孔結(jié)構(gòu)，而又無(wú)反彈作用，通過(guò)對(duì)這種材料進(jìn)行應(yīng)力一應(yīng)變?cè)囼?yàn)， 發(fā)現(xiàn)它的應(yīng)變強(qiáng)烈滯后于應(yīng)力，在壓縮應(yīng)力一應(yīng)變曲 _E 線中包含一個(gè)很長(zhǎng)地平穩(wěn)段，因而泡沫金屬是一種具有高沖擊能吸收特性的材料．

3．2．4熱物理性能

泡沫金屬一般有高的耐熱性能，即使溫度達(dá)到基體合金的熔點(diǎn)也不溶解．例如，ALMAG 合金的溫度范圍為560～640。C，但是 ALMAG合金泡沫合金在大氣中加熱到1400。C也不溶解 ．

3．2．5透過(guò)性能

透過(guò)性能是通孔泡沫金屬的叉一特性．通過(guò)對(duì)泡沫金屬孔結(jié)構(gòu) (如孔隙率、孔徑大小、通孔率等)的調(diào)整．可以獲得不同透過(guò)性能要求的泡沫金屬材料.

3．2．6聲學(xué)及電籪陛

能對(duì)于通孔泡沫金屬，當(dāng)聲波接觸金屬表面時(shí)，經(jīng)過(guò)漫反射進(jìn)入泡沫金屬的孔洞內(nèi)，使金屬內(nèi)部振動(dòng)將聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，起到消音的作用．用電磁波?duì)泡沫金屬進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)泡沫金屬也有吸收電磁渡的作用，因此泡沫金屬還有對(duì)電磁波的屏蔽作用．

3．3 泡沫金屬的應(yīng)用

針對(duì)以上所述泡沫金屬的種種掙陛，泡沫金屬有許多相應(yīng)地應(yīng)用領(lǐng)域．應(yīng)用的需要也正是對(duì)這種新型材料開(kāi)發(fā)的意義．

3．3．1利用優(yōu)異的熱物理性能

泡洙金屬具有很大的比表面積，對(duì)于通孔泡沫金屬可以用來(lái)制作熱交換器及散熱器；對(duì)于閉孔泡沫金屬可 作絕熱材料．

3．3．2利用吸收沖擊能特性

用于制造緩沖器、吸震器是泡沫金屬的重要用途之一．其應(yīng)用從汽車的防沖擋板直至宇宙飛船起落架，此外已成功地用于升降機(jī)、傳送器安全墊、高速磨床防護(hù)罩吸能內(nèi)襯．

3．3．3利用透過(guò)性能

利用泡沫金屬的透過(guò)性能，可將其應(yīng)用于制備過(guò)濾器的重要材料．由于它與粉末冶金多孔金屬相比，有孔徑大、孔隙率高的特點(diǎn)，用它制作的過(guò)濾器應(yīng)用范圍較廣，可用于對(duì)液體、空氣或從其他氣流中濾掉固體顆粒等方面.

3．3．4利用聲學(xué)及電磁性能

利用泡沫金屬的吸音性能，主要用于消音降噪方面，如用于蒸汽發(fā)電廠、氣動(dòng)工具、小汽車等的衰減消音器．日本在高速列車發(fā)電機(jī)室、無(wú)線電錄音室及新干線吸音等方面獲得有應(yīng)用前景的結(jié)果.

3．3.5其他用途

泡洙金屬還可以用于建筑業(yè)，如建筑物內(nèi)外裝飾件、幕墻、問(wèn)壁等；也可做計(jì)算機(jī)臺(tái)架；各種包裝箱等等 ?．利用泡沫金屬的耐火性，可以用于建筑等工業(yè)上的耐火材料；或通過(guò)對(duì)其孔洞進(jìn)行處理，用于阻燃材料等．在化工方面，可用它作為催化劑的載體．另外泡沫金屬還可以作多孔電極.

綜上所述，泡洙金屬的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，它可以應(yīng)用在建筑工業(yè)、航空工業(yè)、計(jì)算機(jī)工業(yè)、交通工具及包裝工業(yè)等很多領(lǐng)域，而且隨著泡沫金屬生產(chǎn)工藝的不斷完善及對(duì)其研究開(kāi)發(fā)的不斷深入，泡沫金屬的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷地?cái)U(kuò)大．因此，對(duì)泡沫金屬進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)有著重大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值．