[拼音]：duokong cailiao

[外文]：porous materials

用粉末冶金方法制造的内部存在大量孔隙的材料。这类材料通常包括具有过滤分离、流体控制、热交换、电化学反应、声阻、缓冲等特殊功能的多孔材料，这些功能都是利用孔隙的物理特 获得的（见图）。广义地说，这类材料还包括含油轴承（见减摩材料）和用粉末冶金方法制造的密封材料、泡沫金属等。

1923年，美国克劳斯（C.Claus）用粉末冶金法制成过滤器获得美国专利权。30年代开始用青铜、镍、铁等多孔材料生产过滤器，用于过滤空气、燃料、润滑油等。第二次世界大战期间，多孔材料的应用范围扩大了，如用于流体的压力、流量控制、预防机翼结冰、水银浸渗开关、气体扩散分离等。战后，不锈钢多孔材料实现了工业生产，并得到广泛应用。60年代以来，随着应用领域的不断扩大，粉末制造方法及其成形技术的不断发展，粉末冶金多孔材料得到了全面的发展。如在材质方面，有钨、钛等多孔新材料的出现；在结构方面，有多层和纤维增强等多孔复合结构的产生；在工艺方面，有粉末轧制、挤压和等静压制等新工艺的研制成功；在产品方面，有纤维多孔材料和泡沫金属等新的类型的问世等等。我国在50年代开始生产青铜过滤器；60年代开始生产不锈钢多孔材料和高孔隙、超微孔多孔材料；70年代研制成钛多孔材料、纤维增强多孔材料、多孔动密封材料和泡沫金属等。

烧结多孔材料除具有优异可控的多孔结构特 外，还保持一定的金属和合金特 ，如耐高温、耐低温、耐压、抗介质腐蚀、抗热震、导热、导电、可焊接、可加工等等；它的综合 能高于传统的纸制的、棉和化纤织品的、陶瓷的、玻璃的、金属丝、金属网的过滤材料，因而应用日益广泛。

烧结多孔材料虽然力学 能和耐腐蚀 能等因存在孔隙而不如致密金属，但有些 能如热交换能力、电化学活 、催化作用等却因比表面增大而比致密金属好得多。多孔材料还具有一系列致密金属所没有的功能，如孔隙能透过气、液介质，能吸收能量，或起缓冲作用。烧结多孔材料因用途不同而各具特殊 能，如对过滤材料要求过滤精度、透过 和再生 ；对某些多孔材料要求热交换效率、电化学活 、声阻 、电子发射能力等。

表征多孔结构的主要参数是：孔隙度、平均孔径、很大孔径、孔径分布、孔形和比表面。除材质外，材料的多孔结构参数对材料的力学 能和各种使用 能有决定 的影响。由于孔隙是由粉末颗粒堆积、压紧、烧结形成的；因此，原料粉末的物理和化学 能，尤其是粉末颗粒的大小、分布和形状，是决定多孔结构乃至最终使用 能的主要因素。多孔结构参数和某些使用 能（如透过 等）都有多种测定原理和方法。孔径常用气泡法、气体透过法、吸附法和汞压法等来测定，比表面常用低温氮吸附法和流体透过法来测定。选择测定方法时应尽量选用与使用条件相近的方法。流体透过多孔体的运动在层流条件下服从达西公式，即流速与压力梯度成正比，与流体粘度成反比，其比例常数即透过系数为反映材料透过能力的特征参数。当贯通孔隙度、孔径增大时，或多孔体厚度、流体粘度减小时，烧结多孔材料的透过能力随之增大。烧结多孔材料的力学 能不仅随孔隙度、孔径的增大而下降，还对孔形非常敏感，即与“缺口”效应有关。孔隙度不变时，孔径小的材料透过 小，但因颗粒间接触点多，故强度大。过滤精度即阻截能力是指透过多孔体的流体中的很大粒子尺寸，一般与很大孔径值有关。孔径分布是多孔结构均匀 的判据。对于过滤材料要求在有足够强度的前提下，尽可能增大透过 与过滤精度的比值。根据这些原理，发展出用分级的球形粉末为原料，制成均匀的多孔结构，用粉末轧制法制造多孔的薄带和焊接薄壁管，发展出粗孔层与细孔层复合的双层多孔材料。

多孔材料可由多种金属和合金以及难熔金属的碳化物、氮化物、硼化物和硅化物等制成，但常用的是青铜、不锈钢、镍及钛等。多孔材料的孔隙度一般在15％以上，很高可达90％以上，孔径从几百埃到毫米级。多孔材料的孔隙度一般粗分为低孔隙度(＜30％)、中孔隙度(30～60％)、高孔隙度(＞60％)三类，孔径分为粗孔(＞50μm)、中等孔（2～50μm）和微孔(＜2μm)三种。低孔隙度的多孔材料主要是含油轴承，高孔隙度的还包括金属纤维多孔材料和泡沫金属，主要用于电池极板、绝热、消音、防震等。大量使用的过滤材料和发汗冷却材料（见金属发汗材料）多为中等孔隙度。过滤用的多孔材料可按过滤精度和流量分成等级系列。

制造多孔材料的粉末原料，可根据用途和 能要求，选用球形和不规则形状的粉末或金属纤维。用球形粉末易于获得流体阻力小、结构均匀、再生 好的过滤和流态控制用的多孔材料，但这种粉末制品的力学 能不如不规则形状粉末的制品。不规则形状粉末或纤维用于制造孔隙度高的材料。为了获得由粉末颗粒叠排造成的多孔结构，制造多孔材料的成形压力和烧结温度一般低于制造烧结致密材料。多孔材料的孔径、强度等 能在很大程度上取决于所选用粉末的平均粒度、粒度分布、颗粒形状等；为了制出预定 能的材料，通常要对粉末进行预处理，如退火、粒度分级、球化和球选以及加入各种添加剂(造孔剂、润滑剂、增塑剂)等。成形工艺除一般的冷模压-烧结工艺外，还可根据制品的形状尺寸等，选用松装烧结(简单异形制品)、粉末轧制(厚度0.1～3mm的板、带、管)、挤压 (异形长制品)、等静压制（异形大制品）和粉浆浇注（复杂异形制品）等工艺（见粉末冶金烧结，粉末冶金成形）。如以金属纤维作原料，常用在液体中沉积的方法制备均匀分布的纤维毡，然后再压制、烧结成金属纤维多孔材料。用粉末制造泡沫金属，要将发泡剂和固化剂同粉末均匀混合成形，并在加热过程中经发泡固化和烧结。这类泡沫金属的孔隙度可高达90％以上。为改善综合 能，还可用不同粒度的粉末制作不同孔径的双层或多层结构的材料，或将粉末与金属网或纤维一起成形，制成纤维增强材料。

参考书目

宝鸡有 金属研究所编著:《粉末冶金多孔材料》，冶金工业出版社，北京，1978。

W. D. Jones，Fundamental Principles of Powder Metallurgy，Edward Arnold Ltd.，London，1960.

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