多孔金屬材料結(jié)構(gòu)

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，于是充型動力也可以減??；其三，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，可以簡化模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和對注塑機(jī)、壓鑄機(jī)型號的選擇。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)測試只有

5．0g/cm ，比無孔的該材料(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)度會大大削弱。一些文獻(xiàn)指出，在材料的輕量化時，材料的形狀因子是一個關(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，在材料輕量化設(shè)計(jì)過程中，在考慮形狀因子時，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，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金屬與氣體的共品凝固獲得的，所以材料內(nèi)部儲藏大量氣體，只要這些孔洞

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

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。將來該材料還可以用于汽車等交通工具上，減少發(fā)動機(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)中被利用來制造電化學(xué)電極，可以大大提高電化

學(xué)反應(yīng)過程中能量的釋放，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。

多孔金屬材料還具有很好的電磁波吸收特性、對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法具備的。它的開發(fā)是人類社會發(fā)展的必然趨勢。說必然趨勢其中包含二重含義，其一是人類生存的空間愈來愈小。資源愈來愈貧乏，所以迫使人類為生存而斗爭，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發(fā)。綜上所述，我們可以看出，多孔金屬材料具有很好的開發(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，可以解決開模困難等情況。解決通常利用頂針、鑲件等無法提供足夠表面區(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。

1. 在進(jìn)行研磨加工或任何重型切削后，可能會堵塞微孔。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），在線切割加工時應(yīng)稍提高加工速度，太慢有可能在微孔里產(chǎn)生電弧，對鉬絲不利。加工余量大時可以使用硬切削加工，但須留有0.1～0.2mm余量以軟加工來完成。在恢復(fù)透氣鋼的表面進(jìn)行通氣性恢復(fù)時，處理之手法有多種:1.最佳處理方法是利用放電加工方法，作鏡面加工來清理堵塞透氣孔之鐵屑。2.以手磨的方法，用420 號研磨砂紙打磨，再以1200 號研磨砂紙拋光后完工。3.處理過程不單于透氣鋼內(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，請盡量跟模架保持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)動機(jī)

多孔介質(zhì)有利于非定常燃燒過程的另一個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?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)、傳熱和燃燒過程都能在很短的時間尺度下完成。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)較長的滯留時間都使得碳煙微粒的排放得以降低。

美國人Ferrenberg于1990年最早提出了多孔介質(zhì)發(fā)動機(jī)的概念,并將其稱為再生式或蓄熱式發(fā)動機(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,通過一驅(qū)動桿與活塞同步運(yùn)動。蓄熱器在大部分時間內(nèi),不是與缸蓋接觸,便是與活塞頂接觸。吸氣時,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,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,高溫燃?xì)獯┰蕉嗫捉橘|(zhì)并將熱量傳給后者,從而完成一個循環(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拓性工作。他們在1995年就提出了超絕熱發(fā)動機(jī)的概念,并試制出一臺樣機(jī)。其設(shè)計(jì)思想類似于斯特林發(fā)動機(jī)。它由兩個活塞(動力活塞與掃氣活塞)和一個多孔介質(zhì)蓄熱器組成(實(shí)際上兩個活塞分別置于兩個氣缸內(nèi),通過聯(lián)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動)。蓄熱器位于兩個活塞頂之間且固定不動。首先,新鮮混合氣被吸入氣缸,掃除缸內(nèi)廢氣,然后掃氣活塞對混合氣進(jìn)行壓縮,而動力活塞則靠近蓄熱器而保持不動。在壓縮末期,兩個活塞以幾乎相同的速度同向運(yùn)動,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)的膨脹過程中,燃燒熱通過動力活塞的運(yùn)動轉(zhuǎn)變成機(jī)械運(yùn)動,此時,掃氣活塞則靠近蓄熱器保持不動。最后在排氣沖程中,兩個活塞同步右行,廢氣在穿越蓄熱器時,其剩余熱焓被有效地吸收并儲存在多孔介質(zhì)中。計(jì)算表明,即使對壓縮比僅為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，可在無太陽光條件下運(yùn)行，同時維修成本低。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。加入多孔介質(zhì)的燃燒器由于對流，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。