泡沫金屬

劉培生, 北京師範大學核科學與技術學院教授, 博士生導師。曾任射線束技術與材料改性教育部重點實驗室學術委員會委員、 北師大第一屆材料物理教研室主任, 原任核物理研究所(現核科學與技術學院前身)副所長。多年從事多孔材料和材料表面改性等方面的研究, 作為第一作者或獨立發表SCI論文近60篇, EI收錄40餘篇; 作為第一完成人或獨立出版著作6部; 作為第一發明人或獨立發明獲准國家發明專利授權8項。參加包括國家重大攻關項目、 國家科技支撐計劃項目在內的合作研究多項, 主持承擔完成國家自然基金、 北京市自然基金等科研項目6項。中國能源學會常務理事, 中國材料研討會首屆多孔材料分會發起人, 第二、 三、 四屆多孔材料分會主席。

泡沫金屬是近些年來得到迅速發展的一種新型功能結構工程材料, 其性能優異, 用途十分廣泛, 涉及航空航天、 電子與通訊、 原子能、 電化學、 石油化工、 交通運輸、 冶金、 機械、 生物、 醫學、 環保、 建築等諸多領域。本書介紹了該材料的基本概念、 製備方法、 用途範圍以及基本參量表徵和檢測等內容, 全書共分5章: 第1章是對泡沫金屬的整體概述, 第2章和第3章分別論述各類泡沫金屬和泡沫金屬複合結構的不同製備工藝和方法, 第4章介紹和説明泡沫金屬的各種用途, 第5章闡述泡沫金屬的基本參量表徵和檢測方法。

本書可作為泡沫金屬領域的科研人員、 工程技術人員以及廣大材料工作者的參考資料, 同時也可用作高等院校材料、 物理、 化工、 生物、 機械、 建築和醫學等相關專業的選閲讀物。

第1章 緒論………………………………1

1.1 引言………………………………1

1.2 泡沫金屬獲取方式舉例………………………………2

1.3 非晶態泡沫金屬………………………………7

1.4 梯度結構泡沫金屬………………………………10

1.5 格子結構多孔金屬………………………………13

1.6 納米孔隙泡沫金屬………………………………17

1.7 多孔金屬膜與泡沫金屬負載膜………………………………27

1.8 泡沫金屬夾層結構………………………………30

1.9 泡沫金屬特種加工工藝………………………………33

1.10 結束語………………………………35

參考文獻………………………………35

第2章 泡沫金屬的製備方法………………………………42

2.1 引言………………………………42

2.2 基於液相的泡沫金屬製備方法………………………………44

2.2.1 液態金屬直接發泡法………………………………44

2.2.2 固-氣共晶凝固法………………………………82

2.2.3 粉末冶金法………………………………102

2.2.4 滲流鑄造法………………………………110

2.2.5 燒結溶解法………………………………116

2.2.6 熔模鑄造法………………………………118

2.2.7 噴射沉積法………………………………119

2.3 基於固相的泡沫金屬製備方法………………………………120

2.3.1 金屬粉末燒結法………………………………120

2.3.2 中空球燒結法………………………………120

2.3.3 粉末成形法………………………………125

2.3.4 漿料發泡法………………………………125

2.4 離子法………………………………126

2.5 氣相法………………………………127

2.6 金屬泡沫材料的製備方法及物理特性比較………………………………127

2.7 結束語………………………………128

參考文獻………………………………128

第3章 泡沫金屬複合結構的製備方法………………………………140

3.1 引言………………………………140

3.2 黏結劑法………………………………142

3.3 焊接法………………………………144

3.3.1 釺焊………………………………144

3.3.2 激光焊………………………………146

3.3.3 鎢極惰性氣體保護焊………………………………149

3.3.4 攪拌摩擦焊………………………………149

3.3.5 超聲波焊接………………………………152

3.3.6 擴散焊………………………………153

3.4 粉末冶金法………………………………154

3.4.1 直接壓制成形制備泡沫鋁夾芯板………………………………155

3.4.2 粉末緻密化發泡工藝………………………………157

3.4.3 軋製複合-粉末冶金發泡工藝………………………………160

3.5 熱噴塗法………………………………162

3.6 熔體二次泡沫化工藝………………………………163

3.7 鑄造法………………………………167

3.7.1 泡沫型芯的製備………………………………167

3.7.2 殼體鑄造工藝………………………………169

3.8 吹氣發泡法………………………………171

3.9 高温成形………………………………171

3.10 固態發泡法………………………………173

3.11 結束語………………………………174

參考文獻………………………………175

第4章 泡沫金屬的用途………………………………178

4.1 引言………………………………178

4.2 功能用途………………………………178

4.2.1 過濾與分離………………………………179

4.2.2 熱交換………………………………183

4.2.3 多孔電極………………………………191

4.2.4 催化反應………………………………196

4.2.5 吸能減震………………………………199

4.2.6 消音降噪………………………………202

4.2.7 其他應用………………………………212

4.2.8 難熔金屬製品舉例………………………………215

4.3 結構用途………………………………219

4.3.1 汽車工業………………………………220

4.3.2 建築業………………………………224

4.3.3 機械部件………………………………225

4.3.4 夾層結構………………………………226

4.4 生物醫學用途………………………………226

4.5 應用與貿易………………………………238

4.6 結束語………………………………240

參考文獻………………………………241

第5章 泡沫金屬基本參量表徵和檢測………………………………250

5.1 引言………………………………250

5.2 孔率的表徵和檢測………………………………250

5.2.1 基本數學關係………………………………251

5.2.2 顯微分析法………………………………251

5.2.3 質量-體積直接計算法………………………………252

5.2.4 浸泡介質法………………………………253

5.2.5 真空浸漬法………………………………255

5.2.6 漂浮法………………………………256

5.3 孔徑及其分佈的表徵和檢測………………………………257

5.3.1 顯微分析法………………………………258

5.3.2 氣泡法………………………………258

5.3.3 透過法………………………………267

5.3.4 氣體滲透法………………………………268

5.3.5 液-液法………………………………271

5.3.6 氣體吸附法………………………………274

5.4 孔隙形貌的表徵和檢測………………………………277

5.4.1 顯微觀測法………………………………277

5.4.2 X射線斷層掃描法………………………………278

5.4.3 直流電位法檢測孔隙缺陷………………………………287

5.4.4 其他方法………………………………290

5.5 比表面積(比表面)的表徵和檢測………………………………290

5.5.1 氣體吸附法………………………………291

5.5.2 流體透過法………………………………297

5.6 孔隙因素的綜合檢測法: 壓汞法………………………………298

5.6.1 壓汞法的基本原理………………………………299

5.6.2 孔徑及其分佈的測定………………………………299

5.6.3 比表面積的測定………………………………301

5.6.4 表觀密度和孔率的測定………………………………302

5.6.5 壓汞法的實驗裝置………………………………303

5.6.6 測試誤差分析和處理………………………………304

5.6.7 適用範圍………………………………307

5.6.8 幾種測定方法的比較………………………………308

5.7 熱導率的表徵和檢測………………………………309

5.7.1 熱導率和熱擴散率的表徵………………………………310

5.7.2 熱導率的測量方法………………………………311

5.7.3 泡沫金屬熱導率的測試………………………………314

5.7.4 性能評析………………………………319

5.8 吸聲係數的表徵和檢測………………………………320

5.8.1 吸聲性能的表徵………………………………321

5.8.2 吸聲係數的檢測………………………………322

5.8.3 分析和討論………………………………329

5.9 電阻率/電導率的表徵和檢測………………………………330

5.9.1 四電極法………………………………331

5.9.2 雙電橋法………………………………331

5.9.3 電位差計法………………………………334

5.9.4 渦流法………………………………335

5.10 結束語………………………………336

參考文獻………………………………337 ^[2]