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多孔材料的材料

燒結多孔材料雖然力學性能和耐腐蝕性能等因存在孔隙而不如致密金屬,但有些性能如熱交換能力、電化學活性、催化作用等卻因比表面增大而比致密金屬好得多。多孔材料還具有壹系列致密金屬所沒有的功能,如孔隙能透過氣、液介質,能吸收能量,或起緩沖作用。燒結多孔材料因用途不同而各具特殊性能,如對過濾材料要求過濾精度、透過性和再生性;對某些多孔材料要求熱交換效率、電化學活性、聲阻性、電子發射能力等。

表征多孔結構的主要參數是:孔隙度、平均孔徑、最大孔徑、孔徑分布、孔形和比表面。除材質外,材料的多孔結構參數對材料的力學性能和各種使用性能有決定性的影響。由於孔隙是由粉末顆粒堆積、壓緊、燒結形成的;因此,原料粉末的物理和化學性能,尤其是粉末顆粒的大小、分布和形狀,是決定多孔結構乃至最終使用性能的主要因素。多孔結構參數和某些使用性能(如透過性等)都有多種測定原理和方法。孔徑常用氣泡法、氣體透過法、吸附法和汞壓法等來測定,比表面常用低溫氮吸附法和流體透過法來測定。選擇測定方法時應盡量選用與使用條件相近的方法。流體透過多孔體的運動在層流條件下服從達西公式,即流速與壓力梯度成正比,與流體粘度成反比,其比例常數即透過系數為反映材料透過能力的特征參數。當貫通孔隙度、孔徑增大時,或多孔體厚度、流體粘度減小時,燒結多孔材料的透過能力隨之增大。燒結多孔材料的力學性能不僅隨孔隙度、孔徑的增大而下降,還對孔形非常敏感,即與“缺口”效應有關。孔隙度不變時,孔徑小的材料透過性小,但因顆粒間接觸點多,故強度大。過濾精度即阻截能力是指透過多孔體的流體中的最大粒子尺寸,壹般與最大孔徑值有關。孔徑分布是多孔結構均勻性的判據。對於過濾材料要求在有足夠強度的前提下,盡可能增大透過性與過濾精度的比值。根據這些原理,發展出用分級的球形粉末為原料,制成均勻的多孔結構,用粉末軋制法制造多孔的薄帶和焊接薄壁管,發展出粗孔層與細孔層復合的雙層多孔材料。

多孔材料可由多種金屬和合金以及難熔金屬的碳化物、氮化物、硼化物和

矽化物等制成,但常用的是青銅、不銹鋼、鎳及鈦等。多孔材料的孔隙度壹般在15%以上,最高可達90%以上,孔徑從幾百埃到毫米級。多孔材料的孔隙度壹般粗分為低孔隙度(<30%)、中孔隙度(30~60%)、高孔隙度(>60%)三類,孔徑分為粗孔(>50μm)、中等孔(2~50μm)和微孔(<2μm)三種。低孔隙度的多孔材料主要是含油軸承,高孔隙度的還包括金屬纖維多孔材料和泡沫金屬,主要用於電池極板、絕熱、消音、防震等。大量使用的過濾材料和發汗冷卻材料(見金屬發汗材料)多為中等孔隙度。過濾用的多孔材料可按過濾精度和流量分成等級系列。