金屬多孔材料力學(xué)性能的實(shí)踐研究

秦蓮芳

（沈陽航空航天大學(xué)，遼寧 沈陽 110136）

金屬多孔材料在使用上價(jià)值非常高，能夠節(jié)省資源和能源，避免浪費(fèi)，應(yīng)用得當(dāng)則可以產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。所以正確的認(rèn)識(shí)其力學(xué)性能，能夠更有效的提高其使用效率，以此增加經(jīng)濟(jì)收益，發(fā)揮金屬多孔材料的最大功用。

1 金屬多孔材料的特性認(rèn)識(shí)和其分類

1.1 金屬多孔材料的定義

金屬多孔材料是一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)不一、內(nèi)部密集分布著大量孔洞的金屬材料，是由粉末，即微小球狀體經(jīng)過人工高溫加工而成的金屬體，其內(nèi)部分布著無數(shù)的細(xì)小孔洞，稱為多孔金屬，也稱透氣金屬或多孔透氣鋼。

1.2 金屬多孔材料的分類

金屬多孔材料的內(nèi)部孔洞結(jié)構(gòu)不同，因此種類不同。有的金屬多孔材料其內(nèi)部孔洞呈有規(guī)律性的分布，而有些則呈不規(guī)則分布。這些孔洞的直徑極小，有些只有2μm，而有些則有3mm，一般都在此尺寸之間。而這些孔洞也會(huì)因?yàn)榇私饘俨牧系膽?yīng)用需求不同而有不同的設(shè)計(jì)，金屬多孔材料的可塑性極高，可做成蜂窩狀，泡沫狀或者蓮藕狀?？锥吹膬?nèi)部設(shè)計(jì)不同導(dǎo)致了其材料性能不同，一般來說可以分為兩種不同的孔洞，一種是獨(dú)立孔洞型，而另一種則是連續(xù)孔洞型。獨(dú)立孔洞型的金屬多孔材料比重小，而且材料的密度大，因此材料的剛性強(qiáng)，此外，這種材料在消除噪音的性能上也表現(xiàn)突出。連續(xù)孔洞型的金屬多孔材料，則性能更加的優(yōu)越，它包含了獨(dú)立孔洞型金屬材料所有的優(yōu)點(diǎn)，而且具有更強(qiáng)的通氣性能，具有更好的滲透性。可見金屬多孔材料的形狀千姿百態(tài)，因此其可使用的范圍也大不相同，所以如今許多不同的領(lǐng)域都有應(yīng)用到此種材料，無論是在交通領(lǐng)域還是航天領(lǐng)域中，金屬多孔材料都得到非常廣泛的應(yīng)用。

2 金屬多孔材料的力學(xué)性能研究和分析

2.1 金屬多孔材料的理論研究分析

從理論方面講，金屬多孔材料的性能相較于其他金屬材料還是有較強(qiáng)的優(yōu)勢的，但是其也存在著一定的缺點(diǎn)。如果對(duì)其拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的控制和應(yīng)用不到位就會(huì)產(chǎn)生不利的影響，特別是在一些要求比較精確的建筑行業(yè)，很容易會(huì)造成金屬多孔材料的力學(xué)性能失效。而金屬多孔材料，其本身的材料性質(zhì)和致密性也是有較大的差別的，所以在運(yùn)用到實(shí)際領(lǐng)域的時(shí)候需要特別把控好所用材料的各項(xiàng)指標(biāo)，讓其發(fā)揮該有的力學(xué)性能，以免造成損害。

2.2 金屬多孔材料的力學(xué)性能研究和分析

金屬多孔材料的力學(xué)性能研究主要都是圍繞著金屬材料的壓縮應(yīng)力展開研究的，壓縮應(yīng)力之所以成為其研究重點(diǎn)是因?yàn)樗鼤?huì)較大程度的影響到在實(shí)際應(yīng)用中力的發(fā)揮。比如一種金屬多孔材料，如果其自身的應(yīng)變能力存在缺陷，那它的線性伸張力和區(qū)域?qū)?huì)有較大的優(yōu)勢，會(huì)變得更加的靈活，因此，應(yīng)變能力也會(huì)有所提高。在部分建筑領(lǐng)域中需要壓縮金屬多孔材料的時(shí)候，材料本身的吸收能量能力的關(guān)鍵決定因素就會(huì)是自身的壓縮應(yīng)力和應(yīng)變能力的曲線和材料平臺(tái)屈服的面積。而纖維型的多孔金屬材料比起泡沫型材料，具有更強(qiáng)的吸收能量能力，在實(shí)際運(yùn)用中廣泛存在。由此可見，想要實(shí)現(xiàn)多孔金屬材料的最大功用和其該有的價(jià)值，就必須分析好其力學(xué)性能，弄清具有不同力學(xué)性能的多孔金屬材料應(yīng)該適用于什么不同領(lǐng)域。

3 關(guān)于金屬多孔材料的力學(xué)性能實(shí)踐和應(yīng)用

3.1 纖維型金屬多孔材料的應(yīng)用

金屬多孔材料由于不同的內(nèi)部孔洞分布而產(chǎn)生了不同的力學(xué)性能，有的金屬多孔材料在吸納能量上更具有明顯優(yōu)勢，而有的則有良好的消除噪音功能，壓縮應(yīng)力和應(yīng)變力也是需要注意的重要指標(biāo)。不同的力學(xué)性能的金屬多孔材料其適合使用的領(lǐng)域不同，所以在使用之前應(yīng)該充分做好相應(yīng)的力學(xué)性能研究和分析，把適當(dāng)?shù)慕饘俣嗫撞牧贤斗诺秸_的行業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行使用，以此創(chuàng)造出最大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，避免造成損失或者對(duì)人造成嚴(yán)重傷害。

對(duì)于纖維型的金屬多孔材料，要考慮其有強(qiáng)勁的吸納能量能力，所以應(yīng)該投放到一線抗震領(lǐng)域使用，以此配合抗震工作的展開。這種纖維型的金屬多孔材料吸能性好，所以適合制作成吸震器或者緩沖器。而且這種纖維型材料的比重小，適合擺放在地震現(xiàn)場，占比空間小。而具有良好導(dǎo)熱性能的金屬多孔材料，一般還具有高結(jié)構(gòu)而低比重的優(yōu)點(diǎn)，所以適合用于防火災(zāi)用品制作領(lǐng)域，可以用于制造防火門窗或者節(jié)能門窗。

3.2 金屬多孔材料滲透性的運(yùn)用

金屬多孔材料也有強(qiáng)悍的滲透性，可以起到有效的阻礙液體流動(dòng)作用，從中分離物質(zhì)，具有強(qiáng)大的過濾和分離作用，所以它可以用于分離液體中的固體物質(zhì)以及懸浮物質(zhì)。而在另外的航天領(lǐng)域、冶金領(lǐng)域以及化學(xué)領(lǐng)域，金屬多孔材料因其出色的過濾和分離作用，同樣受到廣泛的應(yīng)用。金屬多孔材料同時(shí)也是一種導(dǎo)電性能強(qiáng)大的材料，所以也常常用于制作電極材料，因?yàn)樗目锥撮g的間隙率比較的高，而且材料比表面積大，所以能發(fā)揮出極好的導(dǎo)電作用。泡沫金屬在導(dǎo)熱性能和機(jī)械強(qiáng)度方面也表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，在催化劑的制造過程中，常?？梢猿洚?dāng)著載體材料的作用。可以將催化劑直接涂抹在金屬多孔材料的表層，然后人工進(jìn)行高溫冶煉制作，隨后就可以得到大量的催化劑顆粒。

3.3 不同的孔洞適當(dāng)選用金屬多孔材料

在應(yīng)用不同類型的金屬多孔材料時(shí)，需要根據(jù)其孔洞分布的不同類型作出適當(dāng)?shù)倪x擇和使用。而在利用一些纖維型的金屬多種材料的時(shí)候，則需要注意這種材料密度大的缺陷，避免使用在一些空間較小的地方上。最值得注意的一點(diǎn)是，金屬多孔材料在反復(fù)燒結(jié)的過程中，本身的力學(xué)性能都會(huì)有不同程度、有利或不利的影響，所以在每次燒結(jié)完成之后，都需要有專人重新判斷和鑒定其力學(xué)性能是否有發(fā)生變化，需要對(duì)已經(jīng)發(fā)生變化的材料做好歸類，應(yīng)用在適當(dāng)?shù)念I(lǐng)域。

4 結(jié) 語

金屬多孔材料的應(yīng)用范圍日漸拓寬，在不同地方的使用率也逐漸增多，不同材料具有不同力學(xué)性能，而其具有的力學(xué)性能的不同會(huì)導(dǎo)致它的作用有差異，倘若對(duì)力學(xué)性能的認(rèn)知有錯(cuò)或者不足，就會(huì)造成一定的損失。對(duì)金屬多孔材料的力學(xué)性能有正確的認(rèn)識(shí)，才能在不同的領(lǐng)域里正確地應(yīng)用上這種材料進(jìn)行發(fā)展。未來對(duì)金屬多孔材料的力學(xué)性能研究和分析會(huì)持續(xù)增多，各個(gè)領(lǐng)域?qū)⒛軌蚋泳珳?zhǔn)且有效地利用上這種材料。