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        中國(guó)鐵合金網(wǎng)訊：作為泡沫類的大孔尺寸多孔介質(zhì)，泡沫金屬是一種的新型金屬材料，已被廣泛地應(yīng)用于航天、航空、運(yùn)輸、環(huán)保、能源、生物等各種高科技領(lǐng)域及一般工業(yè)領(lǐng)域。

泡沫金屬的結(jié)構(gòu)可以看成由無(wú)數(shù)開孔單元胞以無(wú)規(guī)則方式構(gòu)成的金屬支架。每個(gè)單元胞(Cell)中間是空心的，外形近似球形，然后邊界上開了十四個(gè)小孔，很像十四扇窗戶(Window)。

金屬支柱的截面形狀，隨泡沫金屬孔隙率的不同而異：孔隙率小于0.9時(shí)，金屬支柱截面為圓形；孔隙率大于0.95時(shí)，金屬支柱截面變成凹三角形。

作為結(jié)構(gòu)材料, 它具有質(zhì)輕、高比強(qiáng)度和高比表面積等特點(diǎn), 在航空、航天領(lǐng)域應(yīng)用中表現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。例如, 泡沫鋁已用于飛機(jī)機(jī)翼復(fù)合材料的芯片, 并成為加熱器、熱交換器和電池極板的優(yōu)良材料。

泡沫鎳也已應(yīng)用于墻體或地板的加熱瓦；另外，用作堿性電池及燃料電池的極板材料，可極大地提高電池容量。

作為功能材料，它具有良好的吸聲、隔聲、散熱、隔燃、減振、阻尼、吸收沖擊能、電磁屏蔽等多種物理性能。例如，已將泡沫金屬應(yīng)用于汽車工業(yè)的內(nèi)燃機(jī)氣缸、高速列車發(fā)電室、無(wú)線電錄音以及高速公路降噪等方面, 取得了良好的效果。

作為隔熱、阻燃材料，泡沫金屬可用于火焰阻焰器，讓燃燒的氣體自由通過(guò)但卻能阻止火焰的蔓延。

作為緩沖、減振和吸收沖擊能材料，泡沫鋁合金可以應(yīng)用在一些機(jī)械的緊固件、航天飛機(jī)的保護(hù)外殼、碰撞記錄儀及其起落架和汽車的緩沖件等方面。

泡沫金屬的制備方法

泡沫金屬的制備方法，大體可分為鑄造法和非鑄造法。

鑄造法有熔體發(fā)泡劑發(fā)泡法、氣體注入發(fā)泡法及滲流法等。熔體發(fā)泡劑發(fā)泡法的制備原理是：將能夠產(chǎn)生氣體的物質(zhì)(發(fā)泡劑)加入熔融金屬, 使之受熱分解而產(chǎn)生氣體, 并使產(chǎn)生的氣體均勻地分布在金屬液體中，冷卻之后即可獲得泡沫金屬固體。

熔體發(fā)泡法

鑄造法原理基本相同，僅是加入氣體的方式有些差別。例如，氣體注入法將氣體直接注入熔融金屬。

氣體注入法

非鑄造法有粉末冶金法、燒結(jié)溶解法及金屬沉積法等。粉末冶金法的制備原理是：將金屬粉末與發(fā)泡劑粉末混合均勻，經(jīng)過(guò)冷壓或熱壓后使其成為半成品，然后將此半成品加熱到接近或高于混合物熔點(diǎn)的溫度。加熱過(guò)程中, 發(fā)泡劑受熱分解，釋放出大量氣體，使致密的壓實(shí)材料膨脹，從而形成多孔的泡沫金屬材料。

粉末冶金法

非鑄造法原理基本相同，與鑄造法不同的是：鑄造法先把金屬加熱到熔融，再注入氣體；而非鑄造法，先把金屬與產(chǎn)氣物質(zhì)混合后，再加熱到熔融。

泡沫金屬的熱傳輸特性及研究

泡沫金屬具有優(yōu)異的熱傳輸特性。

導(dǎo)熱特性較好。銅的導(dǎo)熱系數(shù)387W/(m•K)左右，鋁導(dǎo)熱系數(shù)218W/(m•K)左右，因此泡沫金屬的導(dǎo)熱能力強(qiáng)；

對(duì)流傳熱特性較強(qiáng)。其無(wú)規(guī)則的骨架結(jié)構(gòu)，使熱流體、冷流體的摻混作用劇烈；

高溫時(shí)，泡沫金屬內(nèi)輻射傳熱亦較強(qiáng)。其高的孔隙率，使紅外輻射透過(guò)率大大增強(qiáng)；

強(qiáng)化池沸騰傳熱效果較好。在大氣壓下，對(duì)于泡沫銅，以丙酮作為工質(zhì)時(shí)，熱流密度可達(dá)到100W/cm² 以上。

泡沫金屬內(nèi)流動(dòng)沸騰傳熱特性亦較好，泡沫管內(nèi)沸騰傳熱可達(dá)到光滑管的三倍之多。

鑒于泡沫金屬優(yōu)異的特性，其工業(yè)應(yīng)用潛力巨大，然而目前對(duì)其內(nèi)熱傳輸特性的認(rèn)識(shí)還不夠全面。

中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所在多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)方面主要進(jìn)行了兩方面的應(yīng)用基礎(chǔ)研究：

一是泡沫金屬內(nèi)熱傳輸特性的研究，主要用于熱交換，如蓄熱器(回?zé)崞鳌⒄袷幜骰責(zé)崞?、儲(chǔ)熱、強(qiáng)化換熱等。依托多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金，目前已對(duì)泡沫金屬內(nèi)導(dǎo)熱特性、氣固傳熱特性及輻射傳熱特性進(jìn)行了較系統(tǒng)的模擬研究；

二是耦合化學(xué)反應(yīng)的熱質(zhì)傳遞機(jī)理的研究，實(shí)現(xiàn)各種催化反應(yīng)(催化燃燒、碳?xì)浠衔镏卣⒋呋呀�、碳�(xì)浠衔锛託浼疤細(xì)浠衔锊糠盅趸?的反應(yīng)器設(shè)計(jì)，主要用于能源的熱化學(xué)利用。目前針對(duì)低溫?zé)崮芷肺惶嵘咝Щ瘜W(xué)熱泵內(nèi)涉及的相關(guān)科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了研究，未來(lái)將進(jìn)一步向其它能源熱化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展。

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