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泡沫金属：我很轻，也很强
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导读：你了解泡沫金属吗？
【塑料机械网 科技创新】泡沫金属是何物？其实从字面上理解就好。泡沫金属是指含有泡沫气孔的特种金属材料，具有密度小、隔热性好、隔音性好、电磁屏蔽等特点。泡沫金属的多孔结构使其具有特殊的性能，而这些孔隙的大小、数量、均匀度、连通性也正是影响其性能的重要因素。
泡沫金属有类似海绵一样的多孔隙结构，泡沫金属的透气性很高，几乎都是连通孔，并且孔隙度多达90%以上，其孔隙直径可达毫米级，孔隙比表面积大材料容量很小，并具有一定的强度和刚度。通常，泡沫金属的力学性能随气孔率的增加而降低，其导电性、导热性也相应呈指数关系降低。当泡沫金属承受压力时，由于气孔塌陷导致的受力面积增加和材料应变硬化效应，使得泡沫金属具有优异的冲击能量吸收特性。
关于泡沫金属的种类
目前泡沫金属的制备方式主要有烧结法、电镀法、加压铸造法以及发泡法。其中电镀法和发泡法细分下的粉末冶金法常见。前者通过向熔体金属添加发泡剂制得泡沫金属；后者通过电沉积工艺在聚氨酯泡沫塑料骨架上复制成泡沫金属。目前已获得广泛使用的泡沫金属有铝、镍、铜及其合金，此外铁、镁、钛、钢、铅等也有一定的应用空间，我们在此简要介绍前三种：
泡沫铝及其合金：质量较轻，具有隔热、隔音、电磁屏蔽、吸收冲击能等特性，在导弹、飞行器以及其回收部件的冲击保护层中多有使用。此外在汽车缓冲器、电子机械减振装置、脉冲电源电磁波屏蔽罩等领域我们也能见到它的身影。
泡沫镍：凭借其连通的气孔结构和高气孔率，在高通气性、高比表面积和毛细力方面表现很好。常见用于制作流体过滤器、催化器、雾化器以及电池电极板和热交换器等。
泡沫铜：具有良好的导电性和延展性，与泡沫镍相比，制备成本更低，导电性能更好，在制备电池负极(载体)材料、催化剂载体和电磁屏蔽材料等方面大有可为。但是泡沫铜由于其耐腐蚀性能不如镍好，也因此限制了它的应用空间。
关于泡沫金属的应用
泡沫金属目前已广泛应用于航天航空、石油化工环保、建筑交通保等一系列工业开发上，根据其针对的问题，我们将泡沫金属的应用方向分为四个主要方向：
夹合体：由于泡沫金属具有一定的强度、延展性，并且密度和重量都较低，常用于制作多种层压复合材料，在制作承载镶板、壳体以及管体的轻质卷材等方面有很广泛的应用。如飞机使用的夹合件的芯材、可移动建筑、飞船、雪橇等。
支撑体：泡沫塑料轻、硬，承载力、传热功能好，在机翼外壳、导弹鼻堆、宇宙飞船起落架等方面有较多的应用。此外，在建筑上使用的需要具有轻、硬、耐火特性的元件或栏杆以及用以加固支持一些薄壁圆柱壳等方面也需要用到泡沫金属。
缓冲减震：泡沫金属具有吸收能量的能力，能够将物体受到的外力降低到一个安全范围。通过调整泡沫金属的密度，可以把握其强度，可适用于多种材料的缓冲应用。而且值得一提的是，在恒定应力作用之下，泡沫金属可以承受很大的压缩应变，可以吸收大量的能量。如在人造骨骼的制造方面，泡沫金属既具有高力学性能，又满足了人骨所需要的较大孔率。
降噪：泡沫金属具有良好的吸声、隔音效果，在高速公路降噪、汽车内燃机气缸、高速列车发电室、无线电录音等处都有应用。
关于泡沫金属的科研创新
·制、储氢
新能源的开发与利用是近年来科学热议的课题，清洁且可再生能源成为宠儿。氢气是目前为止除电力外非常环保的能源，围绕氢的制备和储存而展开的科研行动一直十分活跃。
华盛顿州立大学的研究人员使用了一种镍和铁制造的纳米泡沫催化剂用以代替现有的催化方案。这种新的催化方式具有更快速廉价的优点，更大的表面积使其与水的反应更加充分，所消耗的能量也更少。目前在实验室中，该方案可以实现在几分钟内相对便宜生产，未来大规模应用与否还在进一步测试中。
此前美国加州大学戴维斯分校的一项新研究报告指出，一种制造极低密度钯纳米泡沫的简单方法可能有助于推进储氢技术的发展。这种极低密度的轻金属纳米泡沫具有优异的负载率与吸收率，并且表现出良好的热力学稳定性，能够快速地储存和释放氢气，为氢燃料电池的研发和应用提供了参考。
·军用防弹
由北卡罗来纳州立大学教授Afsaneh Rabiei等人组成的科研小组将碳化硅陶瓷作为抗打击外层，以粉末冶金加工的复合金属泡沫作为吸收子弹动能的中间层，铝7075或者凯夫拉(Kevlar)作为背板层，制成了一种厚度小于25 mm的装甲。这种装甲能够抗住穿甲弹的攻击，其中复合金属泡沫材料更是吸收了子弹大约60~70%的总动能。此外还具备阻挡X射线、防火、隔热的效果，大大降低了穿着者的受伤风险。
美国北卡罗莱纳州立大学和美国陆军航空应用技术委员会的研究人员此前制备出了一种轻质不锈钢泡沫金属复合材料(CMF)，在提升装甲防护能力的同时，降低车身重量，提高行驶里程。
结语
泡沫金属作为一种新材料，其成本、实用性等方面都有非常不错的表现，在目前的科学技术发展态势下，关于泡沫金属的创新制备和应用领域拓展都非常活跃，未来发展值得期待。
资料参考：百度百科、万方数据、材料科技在线、凌钰有色
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