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泡沫金屬：我很輕，也很強(qiáng)
【塑料機(jī)械網(wǎng) 科技創(chuàng)新】泡沫金屬是何物？其實(shí)從字面上理解就好。泡沫金屬是指含有泡沫氣孔的特種金屬材料，具有密度小、隔熱性好、隔音性好、電磁屏蔽等特點(diǎn)。泡沫金屬的多孔結(jié)構(gòu)使其具有特殊的性能，而這些孔隙的大小、數(shù)量、均勻度、連通性也正是影響其性能的重要因素。
泡沫金屬有類似海綿一樣的多孔隙結(jié)構(gòu)，泡沫金屬的透氣性很高，幾乎都是連通孔，并且孔隙度多達(dá)90%以上，其孔隙直徑可達(dá)毫米級，孔隙比表面積大材料容量很小，并具有一定的強(qiáng)度和剛度。通常，泡沫金屬的力學(xué)性能隨氣孔率的增加而降低，其導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性也相應(yīng)呈指數(shù)關(guān)系降低。當(dāng)泡沫金屬承受壓力時(shí)，由于氣孔塌陷導(dǎo)致的受力面積增加和材料應(yīng)變硬化效應(yīng)，使得泡沫金屬具有優(yōu)異的沖擊能量吸收特性。
關(guān)于泡沫金屬的種類
目前泡沫金屬的制備方式主要有燒結(jié)法、電鍍法、加壓鑄造法以及發(fā)泡法。其中電鍍法和發(fā)泡法細(xì)分下的粉末冶金法常見。前者通過向熔體金屬添加發(fā)泡劑制得泡沫金屬；后者通過電沉積工藝在聚氨酯泡沫塑料骨架上復(fù)制成泡沫金屬。目前已獲得廣泛使用的泡沫金屬有鋁、鎳、銅及其合金，此外鐵、鎂、鈦、鋼、鉛等也有一定的應(yīng)用空間，我們在此簡要介紹前三種：
泡沫鋁及其合金：質(zhì)量較輕，具有隔熱、隔音、電磁屏蔽、吸收沖擊能等特性，在導(dǎo)彈、飛行器以及其回收部件的沖擊保護(hù)層中多有使用。此外在汽車緩沖器、電子機(jī)械減振裝置、脈沖電源電磁波屏蔽罩等領(lǐng)域我們也能見到它的身影。
泡沫鎳：憑借其連通的氣孔結(jié)構(gòu)和高氣孔率，在高通氣性、高比表面積和毛細(xì)力方面表現(xiàn)很好。常見用于制作流體過濾器、催化器、霧化器以及電池電極板和熱交換器等。
泡沫銅：具有良好的導(dǎo)電性和延展性，與泡沫鎳相比，制備成本更低，導(dǎo)電性能更好，在制備電池負(fù)極(載體)材料、催化劑載體和電磁屏蔽材料等方面大有可為。但是泡沫銅由于其耐腐蝕性能不如鎳好，也因此限制了它的應(yīng)用空間。
關(guān)于泡沫金屬的應(yīng)用
泡沫金屬目前已廣泛應(yīng)用于航天航空、石油化工環(huán)保、建筑交通保等一系列工業(yè)開發(fā)上，根據(jù)其針對的問題，我們將泡沫金屬的應(yīng)用方向分為四個(gè)主要方向：
夾合體：由于泡沫金屬具有一定的強(qiáng)度、延展性，并且密度和重量都較低，常用于制作多種層壓復(fù)合材料，在制作承載鑲板、殼體以及管體的輕質(zhì)卷材等方面有很廣泛的應(yīng)用。如飛機(jī)使用的夾合件的芯材、可移動建筑、飛船、雪橇等。
支撐體：泡沫塑料輕、硬，承載力、傳熱功能好，在機(jī)翼外殼、導(dǎo)彈鼻堆、宇宙飛船起落架等方面有較多的應(yīng)用。此外，在建筑上使用的需要具有輕、硬、耐火特性的元件或欄桿以及用以加固支持一些薄壁圓柱殼等方面也需要用到泡沫金屬。
緩沖減震：泡沫金屬具有吸收能量的能力，能夠?qū)⑽矬w受到的外力降低到一個(gè)安全范圍。通過調(diào)整泡沫金屬的密度，可以把握其強(qiáng)度，可適用于多種材料的緩沖應(yīng)用。而且值得一提的是，在恒定應(yīng)力作用之下，泡沫金屬可以承受很大的壓縮應(yīng)變，可以吸收大量的能量。如在人造骨骼的制造方面，泡沫金屬既具有高力學(xué)性能，又滿足了人骨所需要的較大孔率。
降噪：泡沫金屬具有良好的吸聲、隔音效果，在高速公路降噪、汽車內(nèi)燃機(jī)氣缸、高速列車發(fā)電室、無線電錄音等處都有應(yīng)用。
關(guān)于泡沫金屬的科研創(chuàng)新
·制、儲氫
新能源的開發(fā)與利用是近年來科學(xué)熱議的課題，清潔且可再生能源成為寵兒。氫氣是目前為止除電力外非常環(huán)保的能源，圍繞氫的制備和儲存而展開的科研行動一直十分活躍。
華盛頓州立大學(xué)的研究人員使用了一種鎳和鐵制造的納米泡沫催化劑用以代替現(xiàn)有的催化方案。這種新的催化方式具有更快速廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，更大的表面積使其與水的反應(yīng)更加充分，所消耗的能量也更少。目前在實(shí)驗(yàn)室中，該方案可以實(shí)現(xiàn)在幾分鐘內(nèi)相對便宜生產(chǎn)，未來大規(guī)模應(yīng)用與否還在進(jìn)一步測試中。
此前美國加州大學(xué)戴維斯分校的一項(xiàng)新研究報(bào)告指出，一種制造極低密度鈀納米泡沫的簡單方法可能有助于推進(jìn)儲氫技術(shù)的發(fā)展。這種極低密度的輕金屬納米泡沫具有優(yōu)異的負(fù)載率與吸收率，并且表現(xiàn)出良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性，能夠快速地儲存和釋放氫氣，為氫燃料電池的研發(fā)和應(yīng)用提供了參考。
·軍用防彈
由北卡羅來納州立大學(xué)教授Afsaneh Rabiei等人組成的科研小組將碳化硅陶瓷作為抗打擊外層，以粉末冶金加工的復(fù)合金屬泡沫作為吸收子彈動能的中間層，鋁7075或者凱夫拉(Kevlar)作為背板層，制成了一種厚度小于25 mm的裝甲。這種裝甲能夠抗住穿甲彈的攻擊，其中復(fù)合金屬泡沫材料更是吸收了子彈大約60~70%的總動能。此外還具備阻擋X射線、防火、隔熱的效果，大大降低了穿著者的受傷風(fēng)險(xiǎn)。
美國北卡羅萊納州立大學(xué)和美國陸軍航空應(yīng)用技術(shù)委員會的研究人員此前制備出了一種輕質(zhì)不銹鋼泡沫金屬復(fù)合材料(CMF)，在提升裝甲防護(hù)能力的同時(shí)，降低車身重量，提高行駛里程。
結(jié)語
泡沫金屬作為一種新材料，其成本、實(shí)用性等方面都有非常不錯的表現(xiàn)，在目前的科學(xué)技術(shù)發(fā)展態(tài)勢下，關(guān)于泡沫金屬的創(chuàng)新制備和應(yīng)用領(lǐng)域拓展都非?；钴S，未來發(fā)展值得期待。
資料參考：百度百科、萬方數(shù)據(jù)、材料科技在線、凌鈺有色
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