多孔金屬材料

多孔金屬材料還具有很好的電磁波吸收特性、對(duì)氣體敏感特性等特點(diǎn)，所以它在通訊工程，環(huán)保工程

等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)途。更值得一提的是，日本材料工作者利用仿真技術(shù)，正在開(kāi)發(fā)多孔金屬材料的人工骨骼。據(jù)稱該材料具有生物材料的特性，所以是人體理想的骨骼材料。

多孔金屬材料是近十幾年內(nèi)發(fā)展起來(lái)的新材料，它具有結(jié)構(gòu)材料和功能材料的特性，是許多普通金屬材料所無(wú)法具備的。它的開(kāi)發(fā)是人類社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。說(shuō)必然趨勢(shì)其中包含二重含義，其一是人類生存的空間愈來(lái)愈小。資源愈來(lái)愈貧乏，所以迫使人類為生存而斗爭(zhēng)，去挖掘省資源。省能源。有利環(huán)境保護(hù)的材料。其二二。突飛猛進(jìn)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展，使我們有能力從事新材料的研究和開(kāi)發(fā)。綜上所述，我們可以看出，多孔金屬材料具有很好的開(kāi)發(fā)前景和廣闊的用途。日本材料學(xué)家中峙英雄認(rèn)為，二十一世紀(jì)前五十年多孔金屬材料的研究和應(yīng)用將會(huì)受到人們很大的關(guān)注。

多孔金屬就是金屬本體是由微小球狀體（俗稱粉末）經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，金屬內(nèi)部各個(gè)方向都布滿極微小細(xì)孔，故名多孔金屬，也叫透氣金屬或叫多孔透氣鋼。

特點(diǎn)

1.降低注射壓力，減少成型和保壓時(shí)間。

2.降低和消除成型件的內(nèi)應(yīng)力，防止產(chǎn)品的變形和曲翹。

3.表面皮紋的塑料零件，由于高溫高壓產(chǎn)生的亮光皮紋，能解決要求亞光的表面。

4.由于模具分型面的緊密配合，可以解決開(kāi)模困難等情況。解決通常利用頂針、鑲件等無(wú)法提供足夠表面區(qū)域以容納可能產(chǎn)生的大量氣體等諸多問(wèn)題，避免了利用分型面或其他排氣系統(tǒng)而產(chǎn)生的飛邊及其他瑕疵。

5.可使由于澆口偏位、壁厚不勻、壁薄產(chǎn)品等較難成型問(wèn)題得到解決和緩解。

6.由于成型材料高溫產(chǎn)生的氣體和模具腔內(nèi)快速聚壓產(chǎn)生的燒焦、流痕、缺料、吸氣造成的零件變形等缺陷能得到充分解決。

7.提高成型生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。

多孔模具鋼的金相組織(ESEM)內(nèi)部隨機(jī)分布著大量三維空間互通的孔洞。由于該模具鋼的透氣性好，所以，鑄出的鑄件表面輪廓清晰；其二，充型阻力減小，于是充型動(dòng)力也可以減?。黄淙?，模具的合模力可以減小；其四，模具的重量可以減輕，僅為原來(lái)模具的三分之二，節(jié)約了金屬材料；其五，上述優(yōu)點(diǎn)的綜合，可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和對(duì)注塑機(jī)、壓鑄機(jī)型號(hào)的選擇。從多孔鋼在模具上的應(yīng)用實(shí)例可以看出，多孔金屬材料的研制利應(yīng)用具有省能源，省資源，有利于材料的循環(huán)利用 l地球環(huán)境的保護(hù)，所以具有廣闊的應(yīng)用前景利深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

比重小，比強(qiáng)度大

由于金屬材料中存在大量的孔洞，所以材料的比重顯著減小，如上述的多孔模具鋼的比重經(jīng)測(cè)試只有

5．0g/cm ，比無(wú)孔的該材料(比重7．6g/cm )減少34．2%。如果是鋁合金或鎂合金的多孔材料，它們的比重可以小于l，只要材料的外表是致密的，那么它們可以浮出水面。

有人認(rèn)為，金屬材料內(nèi)部分布大量的孔洞，那么其強(qiáng)度會(huì)大大削弱。一些文獻(xiàn)指出，在材料的輕量化時(shí)，材料的形狀因子是一個(gè)關(guān)鍵因素，形狀因子包括了宏觀形狀因子和微觀形狀因子。在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常不用圓棒而采用空心管，不用矩形截面而采工字型、兀字型等材料，所有這些都是改變宏觀形狀因子的措施。而將材料制備成多孔正是改變材料的微觀形狀岡子。經(jīng)過(guò)材料的輕量化設(shè)計(jì)，可以得出：形狀因子=宏觀形狀因子×微觀形狀因子。也就是說(shuō)，在材料輕量化設(shè)計(jì)過(guò)程中，在考慮形狀因子時(shí)，不單要考慮宏觀因子，如果能考慮到微觀形狀因子，那么在材料的輕量化上可以收到成倍的效果。由于多孔金屬材料比重小，比強(qiáng)度大，所以它可以構(gòu)件的形式廣泛應(yīng)用于機(jī)械工具和交通運(yùn)輸工具上。如果將多孔材料軋制成板材，那么可以制作汽車，機(jī)器的蒙皮，以取代所用的板材。

多孔金屬材料能量吸收性好

鑒于多孔金屬材料具有很好的能量吸收特性，所以它可以用于制造能量吸收器，減震緩沖器等應(yīng)用于

機(jī)械工程和車輛工程。當(dāng)它們受到突然的沖擊時(shí)，不容易造成車毀人亡的惡性事故。

多孔金屬材料制振效果好

有些多孔金屬材料是通過(guò)金屬與氣體的共品凝固獲得的，所以材料內(nèi)部?jī)?chǔ)藏大量氣體，只要這些孔洞

是封閉型的，那么當(dāng)材料接收到振動(dòng)源的能量時(shí)，由于材料內(nèi)部具有很大的內(nèi)耗，而將傳遞來(lái)的能量化解

掉。多孔金屬材料還具有很好的吸聲能力，所以廣泛應(yīng)用于噪音源的隔離材料，如多孔鋁合金、鎂合金應(yīng)

用于潛水艇內(nèi)的隔墻，可以很好地防止聲納的跟蹤。用于人流嘈雜地方的天花板，可以大幅度降低噪音。將來(lái)該材料還可以用于汽車等交通工具上，減少發(fā)動(dòng)機(jī)噪音的傳出。

多孔金屬材料比表面積大

多孔金屬材料具有很大的比表面積，所以它在電化學(xué)中被利用來(lái)制造電化學(xué)電極，可以大大提高電化

學(xué)反應(yīng)過(guò)程中能量的釋放，如泡沫鎳電極電池就是一例。由于多孔金屬材料的比表面積人，換熱散熱能力

高，耐急冷急熱性能好，而且具有很好的吸聲能力，所以它是汽車尾氣處理器理想的材料。

1. 在進(jìn)行研磨加工或任何重型切削后，可能會(huì)堵塞微孔。應(yīng)使用線切割、電脈沖和激光等的軟切削加工（軟切削是指對(duì)工件有輕微作用力的，但不至表面組織產(chǎn)生變化的切削模式），在線切割加工時(shí)應(yīng)稍提高加工速度，太慢有可能在微孔里產(chǎn)生電弧，對(duì)鉬絲不利。加工余量大時(shí)可以使用硬切削加工，但須留有0.1～0.2mm余量以軟加工來(lái)完成。在恢復(fù)透氣鋼的表面進(jìn)行通氣性恢復(fù)時(shí)，處理之手法有多種:1.最佳處理方法是利用放電加工方法，作鏡面加工來(lái)清理堵塞透氣孔之鐵屑。2.以手磨的方法，用420 號(hào)研磨砂紙打磨，再以1200 號(hào)研磨砂紙拋光后完工。3.處理過(guò)程不單于透氣鋼內(nèi)模件之正面進(jìn)行，鑲件之內(nèi)側(cè)表面亦須以同樣方法處理，才可恢復(fù)鑲件之透氣性。4.于相接透氣鋼鑲件之模胚上設(shè)排氣孔。例：在30*30mm2的PM-35透氣鋼鑲件背后設(shè)一個(gè)直徑10mm左右的通氣孔和保養(yǎng)用進(jìn)氣接頭。它的作用是：1.把氣體導(dǎo)出模具。2.應(yīng)定期接入高壓空氣，清除污物，以保持透氣鋼微孔的暢通。

多孔金屬作為鑲件時(shí)，請(qǐng)盡量跟模架保持1/10的比例大小，即多孔金屬之體積是1或以上，模架之體積則為10 。多孔金屬鑲件的厚度應(yīng)保持在30mm-50mm 之間。多孔金屬鑲件的透氣度會(huì)受其厚度影響，材料愈厚，透氣性則愈低，但必須注意，如鑲件太薄的話，可能經(jīng)不起較大之注射壓力。在模具上應(yīng)合理安排位置、大小和數(shù)量。建議在動(dòng)模上使用。多孔金屬的透氣量的大小和表面積成正比，表面積越大，透氣量越大。高度越高，透氣量越弱，應(yīng)合理選擇直徑和厚度。

2018年12月28日，《外科植入物用多孔金屬材料X射線CT檢測(cè)方法》發(fā)布。

2021年1月1日，《外科植入物用多孔金屬材料X射線CT檢測(cè)方法》實(shí)施。

多孔介質(zhì)燃燒基于多孔介質(zhì)燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)

多孔介質(zhì)有利于非定常燃燒過(guò)程的另一個(gè)重要特性是它能大幅度提高有效燃燒速率。實(shí)驗(yàn)表明,在常壓條件下,多孔介質(zhì)的存在可使燃燒速率提高10倍 。如果燃燒在更高的壓力下進(jìn)行,則燃燒速率還可進(jìn)一步提高?？梢?jiàn),多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)非常適合于內(nèi)燃機(jī)那樣強(qiáng)烈瞬態(tài)的燃燒。多孔介質(zhì)燃燒器中蒸發(fā)、傳熱和燃燒過(guò)程都能在很短的時(shí)間尺度下完成。這意味著,以瞬態(tài)燃燒為特征的內(nèi)燃機(jī),如采用多孔介質(zhì)技術(shù),則有望達(dá)到優(yōu)良的排放性能。首先,適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)多孔介質(zhì)燃燒室,就可對(duì)燃燒溫度加以控制以降低NOx的排放。再者,多孔介質(zhì)內(nèi)液體燃料的快速蒸發(fā)和完全燃燒也在很大程度上消除了未燃HC的排放。上述諸因素,包括較低的燃燒溫度、快速的蒸發(fā)、均勻的混合氣形成以及燃?xì)庠诜磻?yīng)區(qū)(多孔介質(zhì)內(nèi)部)較長(zhǎng)的滯留時(shí)間都使得碳煙微粒的排放得以降低。

美國(guó)人Ferrenberg于1990年最早提出了多孔介質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)的概念,并將其稱為再生式或蓄熱式發(fā)動(dòng)機(jī)。其提出的一種柴油機(jī)改造方案。多孔介質(zhì)蓄熱器置于氣缸頂部,通過(guò)一驅(qū)動(dòng)桿與活塞同步運(yùn)動(dòng)。蓄熱器在大部分時(shí)間內(nèi),不是與缸蓋接觸,便是與活塞頂接觸。吸氣時(shí),蓄熱器固定在缸蓋上。壓縮行程中,蓄熱器與活塞做反向運(yùn)動(dòng),迫使氣體穿越多孔介質(zhì)的孔隙,從而吸取其中已積蓄的熱量。噴油和燃燒后,蓄熱器向上而活塞向下運(yùn)動(dòng),高溫燃?xì)獯┰蕉嗫捉橘|(zhì)并將熱量傳給后者,從而完成一個(gè)循環(huán)。蓄熱器的性能取決于多孔介質(zhì)的材料,結(jié)構(gòu)和幾何形狀。Ferrenberg采用SiC(12ppi)泡沫陶瓷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與未加蓄熱器的原型柴油機(jī)相比,在相同的空燃比下,熱效率可提高50%,而比油耗可減少33%。另外,燃燒室頂部的氣體平均溫度有所增加,但其總體的溫度則有所降低.

日本歧阜大學(xué)的花村克悟和越后亮三等人在超絕熱燃燒方面做了不少開(kāi)拓性工作。他們?cè)?995年就提出了超絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)的概念,并試制出一臺(tái)樣機(jī)。其設(shè)計(jì)思想類似于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。它由兩個(gè)活塞(動(dòng)力活塞與掃氣活塞)和一個(gè)多孔介質(zhì)蓄熱器組成(實(shí)際上兩個(gè)活塞分別置于兩個(gè)氣缸內(nèi),通過(guò)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng))。蓄熱器位于兩個(gè)活塞頂之間且固定不動(dòng)。首先,新鮮混合氣被吸入氣缸,掃除缸內(nèi)廢氣,然后掃氣活塞對(duì)混合氣進(jìn)行壓縮,而動(dòng)力活塞則靠近蓄熱器而保持不動(dòng)。在壓縮末期,兩個(gè)活塞以幾乎相同的速度同向運(yùn)動(dòng),使得被壓縮的混合氣在多孔介質(zhì)蓄熱器中被預(yù)熱并著火,從而實(shí)現(xiàn)等容燃燒。在后續(xù)的膨脹過(guò)程中,燃燒熱通過(guò)動(dòng)力活塞的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成機(jī)械運(yùn)動(dòng),此時(shí),掃氣活塞則靠近蓄熱器保持不動(dòng)。最后在排氣沖程中,兩個(gè)活塞同步右行,廢氣在穿越蓄熱器時(shí),其剩余熱焓被有效地吸收并儲(chǔ)存在多孔介質(zhì)中。計(jì)算表明,即使對(duì)壓縮比僅為2的情況,其熱效率仍然可達(dá)26%,高于常規(guī)的奧托循環(huán)和狄塞爾循環(huán)。花村等人認(rèn)為,在此基礎(chǔ)上,可以研制出低壓縮比的環(huán)保性好的高效率新型內(nèi)燃機(jī)。

多孔介質(zhì)燃燒基于多孔介質(zhì)燃燒的熱光伏系統(tǒng)

熱光伏系統(tǒng)的基本原理是把燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能以熱輻射形式釋放，使用光電池將其轉(zhuǎn)換成電能。熱光伏系統(tǒng)主要包括3大部分：燃燒器、選擇性波長(zhǎng)輻射器和光電池。熱光伏系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括高功率密度，可使用多種燃料，便捷性，低噪音，可在無(wú)太陽(yáng)光條件下運(yùn)行，同時(shí)維修成本低。最近幾年，基于III-V族半導(dǎo)體的低能帶光電池的發(fā)展 ，熱光伏系統(tǒng)的研究引起了人們的關(guān)注。熱光伏系統(tǒng)在空間尺度上的縮小，使面積/容積比率增大，可更充分地利用燃燒輻射來(lái)激發(fā)熱光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生電流，提高能量轉(zhuǎn)換效率。一些軍事組織對(duì)熱光伏系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生了濃厚的興趣，因?yàn)闊峁夥到y(tǒng)可能實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略上的優(yōu)勢(shì)。加入多孔介質(zhì)的燃燒器由于對(duì)流，導(dǎo)熱和輻射三種換熱方式的存在，使燃燒區(qū)域溫度趨于均勻，保持較平穩(wěn)的溫度梯度。在燃燒穩(wěn)定的同時(shí)還具有較高的容積熱強(qiáng)度。河南科技大學(xué)薛宏 等人以甲烷為燃料，對(duì)多孔介質(zhì)燃燒器在不同孔隙率、不同燃空比和不同混合氣流量的情況下作了一些研究。