多孔金属材料的制备及应用

根据制备过程中金属的状态,从液相法、固相法、金属沉积法三方面介绍了多孔金属材料的制备工艺.液态金属的发泡可以通过直接吹气法发泡法、金属氢化物分解发泡法来实现;固态金属可以通过粉末冶金法、粉末发泡法、金属空心球法和金属粉末纤维烧结法来实现;与前两种不同的是,金属沉积法是采用化学或物理的方法来实现的.最后,讨论了多孔金属材料在结构材料和功能材料两方面的应用.     

粉末冶金法制备多孔金属材料技术

介绍了多孔金属材料的用途和应用前景、国内外的研究现状,重点阐述了采用粉末冶金法制备多孔金属材料的基本原理、工艺流程及其优缺点.对粉末冶金法制备多孔金属材料尤其是泡沫铝过程的制坯压力、发泡剂量、发泡温度、发泡时间等参数对发泡过程的影响进行了讨论,分析了制备多孔金属材料现存问题及发展趋势.     

金属泡沫材料研究进展

综述了金属泡沫材料的各种制备方法。液相法制备金属泡沫材料包括气体吹入法、固体发泡剂法和固体—气体共晶凝固法、熔模铸造法、渗流铸造法、喷射沉积法以及粉末加压熔化法等制备方法。采用金属粉末烧结法、浆料发泡法等制备工艺可以从固相制备金属泡沫材料。电沉积法以及气相沉积法可用于制备高孔隙率的金属泡沫材料。最后简要总结了金属泡沫材料的应用。     

多孔金属材料制备方法的研究进展

多孔金属既拥有金属材料本身所具有的优良性能,又因为大量孔隙结构的存在使其拥有优良的功能特性,因而在工程中得到广泛的应用。简述了多孔金属材料的优异性能及其工程应用领域,重点综述了几种多孔金属材料的制备技术,包括铸造法、沉积法、烧结法、化学反应法等工艺技术,并展望了今后的研究热点。     

蜜胺多孔材料在吸附领域中的应用

简述了蜜胺多孔材料的性能及其研究现状，重点介绍了蜜胺多孔材料的自组装法、微球法、发泡法、浸渍法、模板法等制备方法；同时针对蜜胺多孔材料存在力学性能差、强度低等缺陷，总结了包括添加致孔剂、物理改性、化学改性等方法，介绍了多孔材料的具体应用，展望了蜜胺多孔材料的发展前景和应用领域。     

去合金化制备纳米多孔金属材料的研究进展

用去合金化制备的孔隙尺寸小于100nm的纳米多孔金属材料,开拓了多孔金属材料一个新的应用领域.目前的研究主要集中于通过不同的合金体系制备出不同的纳米多孔金属,分别介绍了纳米多孔金、铂、铜、钯、钛的制备工艺,并对孔洞形成的溶解-再沉积机制、体扩散机制、表面扩散机制、渗流机制及相分离模型进行了简述.对纳米多孔金的现有研究表明,纳米多孔金具有良好的化学稳定性、高的比表面积以及高的屈服强度,目前应用研究包括作为热交换器、传感器及催化材料等方面.     

脱合金制备纳米多孔金属在植入领域研究进展

纳米多孔金属因其特殊的结构带来的优异性能,在催化和能源等领域得到了广泛的应用。在医用植入领域,具有微/纳米尺度双连续多孔结构的仿生材料也逐渐引起重视,但目前传统的成型工艺很难实现该类结构的制备。近年来,由于纳米多孔金属与人体骨骼中的多孔结构类似且具有良好的综合性能,开始被尝试引入医用植入领域以获得新型金属植入材料。现有研究发现,纳米多孔结构的金属材料在力学与生物学上均有着相对较好的性能表现,故在植入领域有着极大的应用潜力。聚焦于脱合金制备纳米多孔金属,系统综述了该类纳米多孔金属在植入领域的研究进展。首先介绍了常见的金属植入材料,然后重点阐述了脱合金法制备纳米多孔金属植入材料的具体制备工艺,并基于所制备的纳米多孔金属具有的结构特征列举了该类结构金属在植入领域的具体应用形式,最后对纳米多孔金属在植入领域的发展前景进行了展望。     

高孔隙率金属多孔材料的制备技术与应用

高孔隙率金属多孔材料是一种兼具结构和功能材料优点的新型优质金属材料,拥有高孔隙度、高的比表面积、高连通孔隙度、良好的导电导热性等多种优异性能,在生产实践和科技生活中有着广泛的应用。综述了常见的高孔隙率多孔材料的制备方法,并总结了对应方法在制备高孔隙率多孔材料方面的最新研究成果;分析和讨论了部分制备技术的优缺点以及成功制备出高孔隙率多孔材料的关键点和难点;归纳了在制备高孔隙率金属多孔材料时不同制备技术的适用范围和优势;介绍了高孔隙率金属多孔材料在过滤分离、生物医学、电池和催化、吸声降噪、高效热交换等应用领域的研究现状,最后指出制备高孔隙率金属多孔材料现存的问题并对其未来发展趋势进行了展望。     

多孔金属吸声性能测试系统设计

为深入研究多孔金属材料的声学性能，基于双传声器传递函数法设计一套多孔金属材料吸声性能测试系统，并详细介绍了整个测试系统的设计过程，给出具体的设计参数。在此基础上，搭建实际多孔金属材料阻抗管测试系统，并通过对标准多孔金属试样进行对比测试验证测试系统的可行性和稳定性；最后，对测试系统误差来源及误差修正方法也进行进一步分析和讨论。研究结果将为后续极端环境下多孔金属的系列研究奠定基础。     

不对称多孔金属材料的研究进展

不对称多孔金属材料是一种性能优良的新型多孔材料,这种结构实现了现代多孔材料过滤行业的高精度、大流量生产要求,同时良好的力学性能使得不对称多孔金属材料的应用较陶瓷膜的应用更为广泛。本文综述了不对称多孔金属材料研究概况,并就不对称金属多孔材料的发展趋势作了相应预测。     

3D打印制备多孔结构的研究与应用现状

多孔结构材料具有优异的物理、力学性能,应用领域广泛。目前,已开发出的多孔结构的制备方法种类繁多,然而仅少数可实现批量生产,大多数方法工艺较为复杂,并且在制备过程中难以对多孔结构进行有效控制,以致所得多孔结构仍存在某些性能方面的不足。3D打印技术的发展与应用为多孔结构的制备带来了新的途径,所制备的多孔结构可同时具备宏观孔隙和微观孔隙,其骨架及宏观孔隙可以根据需要进行设计。可用于制备多孔结构的3D打印方法主要有利用激光能量的选择性激光烧结法(SLS)、选择性激光熔化法(SLM)和激光近净成形法(LENS)等方法,利用电子束能量的电子束熔化(EBM)法,喷射粘结剂的三维印刷(3DP)法,材料挤出类中的熔融沉积成形(FDM)法和三维浆丝沉积(3DF)法,以及间接3D打印法。近年来,国内外学者对采用这些方法制备多孔结构开展了一定的研究,以期找到适合具体情况的3D打印方法及相应合理的工艺规范,从而提高制件的性能。采用SLS、SLM和LENS法,通过控制激光扫描轨迹和粉末烧结程度可以获得材料的宏观和微观孔隙。SLS法可制备的多孔结构材料种类较广,SLM和LENS法主要用于制备金属多孔结构。EBM法与SLM法类似,但EBM法需要在真空环境下成形,可用于制备Ti等活泼金属材料。适用于3DP法的粉末材料种类更广,可选用不同的粘结剂和相应的后处理方法,其工艺灵活性大。FDM法一般用于低熔点热塑性材料,通过熔融挤出而堆积成宏观多孔结构。3DF法以粉末浆料的形式挤出成形,适用的材料种类比FDM法广,得到的结构具有宏观和微观孔隙。FDM和3DF法的打印精度和孔隙尺寸受喷嘴打印能力的限制。间接法先利用某种便捷的3D打印方法制备出多孔结构原模,再将该原模经粉末冶金、浇注等方法制得所需的多孔结构材料,这样可以避免3D打印直接制备某些材料的多孔结构在结构特征方面受到的限制。上述这些方法中,由于激光和电子束的能量集中,故SLM和EBM法制备的多孔结构相对于其他方法更精细。3D打印制备多孔结构时孔隙的形成机理可以总结为:制件内打印轨迹未到达的区域形成的宏观设计孔隙、制件骨架内的粘结剂被加热分解或被溶解而去除后形成的孔隙、气体溶解在烧结过程中的熔融金属内形成的孔隙、激光扫描熔迹之间形成的孔隙、粉末颗粒间堆积空隙形成的孔隙。本文对3D打印制备多孔结构的研究与应用现状进行了综述,概述了制备多孔结构的几种主要的3D打印方法,总结了其孔隙的形成机理,介绍了3D打印多孔结构的应用现状,指出了未来需要开展的研究。     

多孔金属的固相制备方法及应用

随着社会的不断发展,多孔金属材料的研发和应用得到了广泛的关注.在众多金属多孔材料的制备方法中,固相制备在商业生产中应用最为广泛.本文总结了固相制备金属多孔材料的工艺方法,介绍了其工艺过程,阐述了制备原理、优缺点以及适用范围,并且对多孔金属的应用进行了总结,主要从结构和功能两方面应用进行了分析,指出了其发展方向.     

医用多孔金属的制备及其生物活化研究进展

医用多孔金属材料,特别是多孔钛及钛合金能够提供与人体骨组织相匹配的力学性能,并促进骨组织长入以提高其与骨的固定度,在人体硬组织修复与替换方面具有广泛的应用前景。重点围绕多孔钛及钛合金的制备方法及适用于其复杂孔隙结构的表面生物活化方法,综述了各种方法在多孔钛及钛合金上的应用现状。目前适用于多孔钛及钛合金制备的技术主要有粉末冶金法、钛纤维烧结法、自蔓延高温合成法、选区电子束熔化技术和选区激光熔化技术,适用于多孔钛及钛合金表面生物活化的技术主要有溶胶凝胶法、仿生矿化法、电化学沉积法和微弧氧化法。多孔钛及钛合金的力学相容性和表面生物活性需要同时满足临床要求,才能进一步扩大其在医学领域的应用范围。     

Nano-sized particles formed by pulsed discharge of powders

Exploding wire and pulsed wire discharge are effective methods to form nano-sized particles. They are based on evaporation of thin metal wires by applied large electric current as the principle to form particles. Many kinds of wires have been used to form nano-sized particles so far. However, materials which are not sufficiently ductile to form thin wires are unsuitable for the methods. We have developed a method for powders to be held between electrodes by using heat-shrinkable tubes and discharged for evaporation. Nano-sized intermetallic NiAl compound particles were synthesized from mixed powders of Al and Ni. Si powder could be discharged by sealing with a thin Al wire, and nano-sized Si particles were formed. Utilizing this technique, various metal powders can be used for raw materials in pulsed discharge.     

多孔钛的研究进展

作为结构功能一体化材料,多孔钛在众多工业领域具有广泛的应用前景,已成为近年来十分活跃的研究方向。简要回顾了多孔钛的研究历史,重点介绍了多孔钛的制备方法与孔结构,并对多孔钛的渗透性能、力学性能和耐腐蚀性能以及主要的商业应用进行了介绍。众多研究和应用表明,多孔钛的性能与功能强烈依赖于孔结构,不同方法制备多孔钛的孔结构可以归纳为均一孔结构、双峰孔结构、梯度孔结构、蜂窝结构和闭孔结构5种类型。除孔结构外,与致密钛合金一样,多孔钛的力学性能和耐腐蚀性能还对间隙元素C,N,O敏感,制备过程中应加以控制。与基于粉末固态扩散机制的传统制备技术相比,增材制造技术由于可以获得任意形式的孔结构,在多孔钛未来的发展和应用中,将呈现出越来越重要的作用。     

多孔金属材料用于废气净化贵金属催化剂载体的研究

依据酸性材料对贵金属催化剂具有毒性的观点,列举了汽车尾气净化催化剂陶瓷载体、柴油机车尾气烟尘微粒过滤器陶瓷过滤材料等存在的不足,提出了工业生产中几个值得开发或再研究的项目。粉末冶金多孔金属蜂窝做为汽车用贵金属催化剂载体具有可涂性好、涂层不易剥落、涂层量多、体积比表面较金属片大等优点,可以进一步提高催化活性,降低转化温度,节省贵金属,降低能耗。多孔金属材料载体价格高,完全可以采用降低贵金属耗量和减小催化器体积降低成本。     

A novel method to measure the porosity of porous materials

ABSTRACT

Porosity is the single most important feature of porous materials. On the basis of the research work, a new method to measure the porosity of porous materials is proposed in this paper. This method is a system of equations composed of six formulas, so it is called model equation method. It is not only applicable to space holder technique but also applicable to metal prepared by pure powder metallurgy. Compared with mass volume method and immersion medium method, our new method is more simple and efficient. More importantly, it can be used as a standard measure. This study provides a fundamental basis for the measurement of porosity in porous materials.     

金属-有机框架(MOFs)衍生材料及其在储能器件和电催化领域的应用

金属-有机框架(MOFs)是一类由金属离子/团簇和有机配体通过配位形成的具有多孔结构的无机-有机杂化材料。MOFs具有比表面积高、孔径均一、结构可调等优点,受到了人们的广泛关注。然而,MOFs的导电性和稳定性较差,制约了其应用的进一步拓展。以MOFs作为前驱体,通过水热反应或煅烧得到组成、形貌、结构可调的MOFs衍生材料,既能够保持MOFs材料结构多样性和多孔性的特点,又能有效提高其导电性和稳定性,近年来已成为该领域的研究热点。然而,MOFs衍生材料单一的组成和结构,使其能够提供的性能(如电容性能、催化性能)有限,极大地限制了其相关应用的发展。因此,近几年除了研究制备各种不同MOFs衍生材料外,研究者们主要从MOFs衍生材料的组成和结构方面出发,制备出多样化且在各方面应用中(如储能器件、催化)表现出优异性能的材料。MOFs衍生材料作为性能优异的应用型材料,其研究较为成熟的组成和结构分别主要包括多孔碳、金属氧化物、金属硫化物、金属磷化物、金属氢氧化物以及纤维状结构、中空结构、核壳结构等。MOFs衍生材料不仅具有高的比表面积、均一的孔径分布,通常还结合了衍生多孔碳的高导电性及其他衍生材料(金属化合物或掺杂的金属原子及杂原子,如N、P、S等)的优异性能(如电容性能、催化性能),从而发挥出更加优异的性能。其中,MOFs衍生金属化合物材料具备多孔结构,能够提供优异的容量性能及催化性能等,且其性能通常优于通过其他方法制备得到的同种材料。从结构方面出发,近几年,研究者们通过调控前驱体结构亦或是反应条件,制备得到多种不同结构的MOFs衍生材料。一方面,部分制备得到的结构(如核壳结构、中空结构)可以缓解MOFs衍生材料在使用过程中所受到的冲击,从而表现出优异的循环性能。另一方面,通过调控MOFs衍生材料的结构,使其活性位点得到充分的暴露,从而使其性能得到最大化的发挥。本文综述了MOFs衍生材料的研究进展,包括组成特点、结构调控,及其在储能器件、催化领域的应用,最后阐述了MOFs衍生材料研究领域当前面临的挑战以及未来的发展前景。     

激光快速成形技术的发展及其在功能梯度材料制备上的应用

激光快速成形技术集计算机辅助设计、高功率激光熔覆、快速成形于一体,通过激光熔化同步输送的金属或陶瓷粉末,在基板上逐层熔化堆积而形成致密的材料或零件.其离散/堆积的成形特点使得该技术在材料及零件制备上具有很大的柔性,通过精确控制2种或多种材料粉末的输送和相应的工艺可以实现材料组成、微观组织结构和性能的梯度分布及多种材料的集成.介绍了激光快速成形的原理、技术特点、系统组成,着重介绍了国内外采用该技术在制备功能梯度材料方面的研究开发情况,简要分析了利用激光快速成形技术制备功能梯度材料的发展前景.