泡沫金属是一种在金属基体中形成无数个气泡的多孔质金属材料，又称为多孔泡沫金属，由于它兼具金属特性和非金属的一些特殊物理性能，得到国内外的普遍关注，近 50年来在泡沫金属研制、应用开发方面及其结构性能的理论研究都有很大的进展．

1 泡沫金属国内外发展概况

自从 1948年由美国的 SOSNIK首先在铝中加入汞制出泡沫铝以来 ，研究人员对泡沫金属的制备、性能研究、应用开发等方面做了大量的工作 在 60~70年代就使制备泡沫金属的方法体系大体固定下来，可分为铸造法、金属沉积法、粉末冶金法、喷镀沉积法等 其中尤其以铸造法最为经济，近些年来已在实际应用中取得很大进展．如美国罗阿公司及美日合作分别用直接发泡法和熔模铸造法成功地制取了铅合金牌号为 7075、ALMAG35的泡沫铝型材.

从泡沫金属的出现到 20世纪 70～80年代 ，研究主要集中在泡沫金属的制备方面．比如，在制备泡沫金属铝时的增粘问题的解决对泡沫铝的制备有很大的推动作用 ；另外，气泡核心机理的提出及应用对泡沫金属的制备又是一次很大的突破，这种理论就如同金属凝固过程中加入形核剂一 样，使泡沫金属的直接成型成为可能.

现在对泡沫铝的生产已经能够进行从发泡到成型过程的连续生产.

(A)为可以连续生产大型铝材；(B)为可以连续生产有一定厚度的大型板材；(c)为可以用来生产某一形状的铸件；(D)为可以连续生产某一形状的铸件．这种方法就是根据气泡核心理论获得稳定的泡沫金属液，进而将其引出成型，获得所需形状的成品．

另一方面对改善泡沫金属性能方面进行了研究，各国都投入了大量的人力物力，研究的内容主要包括对发泡金属的合金化、热处理、纤维增强或其它一些增强的方法 ．其中以乌克兰冶金学家沙波瓦洛夫研制的 Gasser高强多孔泡沫材料最为典型，这种材料具有高度的结构完整性，和常规多孔泡沫材料比，强度和刚度都高得多．

另外，最近几年在理论方面也开始对泡沫金属进行系统的研究．首先，在泡沫金属的结构参数上的研究，人们越来越感觉到泡沫金属在物理结构上的特殊性，它不仅是一种结构材料，而是种具有许多物理性能的多功能材料．它的那些特殊的性能都能从它的结构上找出原因．例如泡沫金属孔隙通孔率与闭孔率的测定研究、孔径的统计测量、比表面积的测量及这些参数对泡沫金属性能的影响 ．其次，是对泡沫金属性能方面如泡沫金属的变形特性、吸声特性、阻尼内耗特性等的研究．这些研究给应用研究提供了理论依据．

对泡沫金属的应用和研究取得了很大的成果，已能制备小型和大型件，并进入试生产应用阶段．比如，日本住友电工公司生产的泡沫铝被用于制造汽车的某些耐热耐磨擦部件和扬声器的部件；在铁路上，泡沫铝被用于制作空调发电室的隔音墙．此外，泡沫铝还被用于作为精密仪器的防震装置材料等．

国内对泡沫金属的研究大约 80年代后才开始．经过 10多年的探索和研究，东南大学、贵州科学院、大连理工大学、西南铝加工厂等一些研究单位已初步掌握了泡沫金属的生产方法．其中以东南大学、贵卅I科学院最为领先．特别是贵卅I科学院采用直接发泡法用廉价的发泡剂成功制取了较大规格的泡沫铝型材，经中国科学院声学研究所等单位测试，吸音、屏蔽、减震抗冲击效果、比重等性能指标 ，均达到国外同类产品指标．目前东南大学对泡沫金属的制备及性能研究非常活跃，他们主要侧重用渗流法制备泡沫铝，并对渗流法进行了模拟试验和用渗流法制备了泡沫铝．高分子复合材料，河北工业大学采用添加造孔剂的方法，成功地制备出高熔点泡沫铁，取得了可喜的成果.

在泡沫金属的制备方面，国内对发泡法、冶金法与渗流法的研究比较多 ，而且基本赶上国外发达国家的水平，只是对连续生产方法的研究还属空白，有待开发适应国内情况的连续生产方法.

在理论性能方面，国内研究的比较早，对所研究的领域基本处于国际领先水平，如对泡沫金属结构参数的测定 、降噪性能 、水下吸声性能 、阻尼性能 等都做了大量地研究，并取得很可观的成果．泡沫金属中孔隙数量庞大、大小不一，人工测量这些结构参数极为困难，文献 中用扫描仪将泡沫金属的图形信息输入计算机并进行数据处理，从而测出孔的平均直径及孔径分布，较好的解决了测量泡沫金属结构参数的难题．泡沫金属是一种具有高能量吸收籽陛的轻质高阻尼材料，其阻尼性特点为与应变振幅密切相关，而与应变频率无显著关系的非线性内耗．而这方面的研究，国外 1998年才有报道.

在应用方面，国内研究较少，虽然在理论性能方面的研究提出了很多的应用的可能，但与应用开发脱钩，以至没有发现有泡沫金属应用的报道．

2 泡沫铁的制备现状

泡沫金属虽然已有近 5O年的历史，但是对泡沫金属的研制和开发大都以轻金属为对象，尤其以泡沫铝的研究最为广泛．这是由于铝及其合金熔点低、铸造性能好、金属液易处理等特点．另外可以制作泡沫金属的材料还有 cu、Zn等低熔点金属及其合金，但这些材料远不如泡沫铝的研究开发进行的广泛．

对于高熔点的泡沫金属的研究，主要有 Ni基、Ti基、D 基合金，生产方法主要是粉末冶金烧结法．对于这方面的报道也只是近几年出现，如 Ni基合金被用来生产薄片状的多孔电极 ．

对泡沫铁的研究报道更是少见，仅发现几篇含铁台金泡沫金属的有关报道，一篇是 Cu-Fe．sn泡沫金属的生产，其中Fe含量 (质量分数)为6O％～80％，cu为 1O％～3O％，是用粉末冶金法烧结制得的，其孔隙率 1O％～35％ [3U]；另一种Fe-Cr-AI．RE台金，Fe占 70％～8O％，也是用烧结法生产的，Fe是以纤维形式存在 ”；还有一种是Fe粉和另一种金属粉末粘附在有粘性的树脂网格结构上，然后作烧结处理制得薄的泡沫金属片，以作电极用 m，．另外 ，有用渗流法制备泡沫铁的报道，也有用中空球料法制备泡沫铁的报道 ” ，但都未得以推广.

总之，对于高熔点的泡沫铁的制备及应用只是在起步阶段，且方法也较复杂而单一，因此有必要对泡沫铁等高熔点金属及其合金作制备方法上的研究和开发，以早日使这种有诸多特殊性能的功能材料贡献给人类.

3 泡沫金属的特性及应用

由于泡沫金属内部存在许多孔洞，孔洞的大小、多少、均匀性、连通及封闭都将影响它的性能.

3．1结构参数及特征

1)孔径：孔径一般指孔隙的平均直径，这是泡沫金属的基本参数．泡沫金属的孔径一般较大，O．1～1Omm或更大 (一般粉末冶金金属孔径不大于 0．3mm).

2)总孔隙率，有效孔隙率：总孔隙率指孔隙所占体积与总体积之比 (可用称重法求得)．由于并非所有孔隙都相互连通，把连通的孔隙与总体积之比称为有效孔隙率．只有所有孔隙都连通时，总 L隙率与有效 L隙率相等．泡沫金属的孔隙率比较高，它的孔隙率在 40％～9O％之间．

3)通孔度：任何截面上孔隙通道直径平均值与孔隙孔径平均值之比为通孔度．

4)比重及比表面积：泡沫金属的比重轻．一般只有同体积金属的 1／10—3／5．它的比表面积则较大，为 lO一40cm²／cm³

3．2性能特征

3．2．1重量轻、比重小

由于在金属基体中存在许多大大小小的孔洞，因此使这种材料明显有重量轻．比重小的特点．泡沫铝的比重范围在0．2～0．5g／cm ，其平均值只有铝的 1／10．

3．2．2力学性能

泡沫金属的抗拉强度比较低．比强度也比较低，但是抗压强度和抗弯强度较高．泡沫铝的抗拉强度只有铝的 1／100左右，比强度约为铝的 1／10．泡沫铝的剐性较低．如泡沫铝没有金属 铝所具有的延展性，受到压力几乎不发生塑性变形．由弯曲试验测得泡沫铝的弹性模量约为铝合金的1／50—1／100.

3．2．3吸收冲击能特性

泡沫金属材料具有特有的网状、无方向性多孔结构，而又无反弹作用，通过对这种材料进行应力一应变试验， 发现它的应变强烈滞后于应力，在压缩应力一应变曲 _E 线中包含一个很长地平稳段，因而泡沫金属是一种具有高冲击能吸收特性的材料．

3．2．4热物理性能

泡沫金属一般有高的耐热性能，即使温度达到基体合金的熔点也不溶解．例如，ALMAG 合金的温度范围为560～640。C，但是 ALMAG合金泡沫合金在大气中加热到1400。C也不溶解 ．

3．2．5透过性能

透过性能是通孔泡沫金属的叉一特性．通过对泡沫金属孔结构 (如孔隙率、孔径大小、通孔率等)的调整．可以获得不同透过性能要求的泡沫金属材料.

3．2．6声学及电簖陛

能对于通孔泡沫金属，当声波接触金属表面时，经过漫反射进入泡沫金属的孔洞内，使金属内部振动将声能转变为热能，起到消音的作用．用电磁波对泡沫金属进行试验，发现泡沫金属也有吸收电磁渡的作用，因此泡沫金属还有对电磁波的屏蔽作用．

3．3 泡沫金属的应用

针对以上所述泡沫金属的种种挣陛，泡沫金属有许多相应地应用领域．应用的需要也正是对这种新型材料开发的意义．

3．3．1利用优异的热物理性能

泡洙金属具有很大的比表面积，对于通孔泡沫金属可以用来制作热交换器及散热器；对于闭孔泡沫金属可 作绝热材料．

3．3．2利用吸收冲击能特性

用于制造缓冲器、吸震器是泡沫金属的重要用途之一．其应用从汽车的防冲挡板直至宇宙飞船起落架，此外已成功地用于升降机、传送器安全垫、高速磨床防护罩吸能内衬．

3．3．3利用透过性能

利用泡沫金属的透过性能，可将其应用于制备过滤器的重要材料．由于它与粉末冶金多孔金属相比，有孔径大、孔隙率高的特点，用它制作的过滤器应用范围较广，可用于对液体、空气或从其他气流中滤掉固体颗粒等方面.

3．3．4利用声学及电磁性能

利用泡沫金属的吸音性能，主要用于消音降噪方面，如用于蒸汽发电厂、气动工具、小汽车等的衰减消音器．日本在高速列车发电机室、无线电录音室及新干线吸音等方面获得有应用前景的结果.

3．3.5其他用途

泡洙金属还可以用于建筑业，如建筑物内外装饰件、幕墙、问壁等；也可做计算机台架；各种包装箱等等 ⋯．利用泡沫金属的耐火性，可以用于建筑等工业上的耐火材料；或通过对其孔洞进行处理，用于阻燃材料等．在化工方面，可用它作为催化剂的载体．另外泡沫金属还可以作多孔电极.

综上所述，泡洙金属的应用相当广泛，它可以应用在建筑工业、航空工业、计算机工业、交通工具及包装工业等很多领域，而且随着泡沫金属生产工艺的不断完善及对其研究开发的不断深入，泡沫金属的应用领域还在不断地扩大．因此，对泡沫金属进行研究开发有着重大的实际应用价值．