杨金锋
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摘要：孔金属材料由于具有独特的综合性能，近年来逐渐成为研究热点。科研水平的提高使一些多孔金属材料的孔隙率可以达到90%以上，但许多的多孔金属材料的制备仍然存在很大的挑战。本文主要对多孔金属材料的几种制备方法和多孔金属材料的应用进行了介绍，并对今后的研究热点作了展望。
关键词：多孔金属材料；制备方法；应用
引言：多孔金属材料是一类新型的金属材料，与传统金属材料和其他多孔材料相比在某些方面具有更佳的性能，且随着研究的发展，多孔金属材料的应用领域变得更加宽泛。简要回顾了多孔金属材料的研究历史，重点综述了几种常用的多孔金属材料的制备方法及其适用性，并对多孔金属材料的应用领域作了介绍，最后展望了多孔金属材料的研究趋势。
1多孔金属材料的制备工艺
铝合金在工业上广泛用于制造金属泡沫。除了铝之外，钛、铁、锌、铜等材料也在工业上得到了应用，但与铝相比，它们的存在率仍然很低。不同的应用需求对多孔金属材料的孔隙率要求不同，根据多孔金属材料加工产生孔隙时的金属的物质状态（固态、液态、气态或电离态）对各种制备工艺进行分类：固相法、液相法、沉积法。
1.1固相法
固相法制备多孔金属材料是对固相金属进行烧结，且在此过程中金属始终保持固态，此工艺方法包含的种类较多，较容易制备大块的材料，该方法操作简单，得到的金属孔隙率高、分辨率高、孔隙分布均匀，缺点是得到的多孔金属材料强度低，常用于制备的多孔金属材料有铝、钛、不锈钢、铜、钼等。通常固相法常用的制备方法主要有粉末烧结法、粉末发泡法、氧化还原烧结法、空心球烧结法等。
1.2液相法
液相法制备多孔金属材料是在液态金属中获得孔隙结构或者是熔化含有气体发泡剂预制体释放气体，气体扩散获得孔隙结构，以此获得多孔金属材料。该方法的优点是操作简单、成本低、孔隙率高，但不太适用于熔点高的材质。受液态金属粘度的影响，所得到的多孔金属材料孔隙结构不均匀，力学性能较差，多适用于制备铝合金、钢、铜、青铜、黄铜等多孔金属材料。常用的液相法主要包括渗流铸造法、熔体发泡法、固-气共晶反应法等。
1.3沉积法
沉积法是让金属在有机材料上通过物理或化学的方法沉积，再经过焙烧去除有机材料，制备得到多孔金属材料。这种方法获得的多孔金属材料一般具有比表面积高、孔隙率高、密度低、孔隙均匀等优点，但相对来说力学性能较差，机械强度不高等缺点。典型的产品包括镍和铜等多孔金属材料。
2多孔金属材料的应用
2.1金属多孔材料在汽车尾气净化方面的应用
随着汽车数量的越来越多，汽车尾气造成的污染已经成为环境污染的主要途径之一，治理汽车污染已经成为全球性的问题。汽车尾气污染物主要为碳氢化合物、硫氧化物、氮氧化合物及固体颗粒物等，加装三元催化器对尾气净化是治理汽车尾气的主要手段之一，其关键部件就是催化剂载体。陶瓷多孔材料的催化剂载体强度、抗热震性能及导热性不理想，净化效果较差、使用寿命短。近年来Fe-Cr-AI合金材料制备的多孔载体开始取代多孔陶瓷，加之非尾气加热催化剂的使用能够大大缩短起燃时间、提升起燃温度。西安菲尔特金属过滤材料有限公司的Fe-Cr-Al纤维产品采用电化学还原方法将铂族金属沉积于载体，实现尾气净化，可以用在各类机动车尾气净化器中。柴油车的尾气排放也是比较严重的尾气污染，主要是通过柴油机颗粒捕集器处理柴油机排放微粒。
Fe-Cr-Al合金纤维也可以用来制作柴油机颗粒捕集器，这种颗粒捕集器升温快、热熔小，能使排气微粒迅速起燃，且抗机械振动，高温冲击性、抗腐蚀性强，所处理的柴油车尾气能够达到排放的标准，满足更高的生产生活需求，未来适用领域将会广泛。Ni-20Cr和Ni-33Cr-1.8Al合金多孔体也适于柴油机的排气过滤材料且避免了多孔陶瓷的开裂问题,减少环境污染。
2.2金属多孔材料在水处理方面的应用
水污染问题一直是困扰人们的主要环境污染问题。随着人们生产和生活用水量的增加，各种污水排放量大，种类多，成分复杂，处理难度大。在水处理方面，人们不断的研究新方法、新材料，其中各种过滤材料的使用对解决水的污染问题起了很大的作用。多孔金属钛是一种新型的过滤材料，其耐腐蚀、力学性能好，过滤精度高，可适合应用多种再生方法如酸洗、碱洗和其它化学清洗,也可以进行超声波、高压气、水反冲和溶剂清洗、使用寿命长。在水处理领域有所应用，如微孔钛管组成的二级过滤系统在饮用水净化方面效果显著,为砂滤芯的10-15倍，而且费用降低20%-30%，在海水淡化系统中的半透膜支撑体可以用多孔钛制作3金属多孔材料在高温气体净化中的应用
工业生产过程中，很多领域都会涉及到高温含尘气体，如冶金行业钢铁冶炼过程中的高炉煤气和转炉煤气、玻璃工业的高温尾气等。这些气体中有大量物理显热、化学潜热、动力能以及可利用的物质，它们的净化处理和合理利用蕴含着很大的经济效益。传统高温气体除尘技术一般是先将高温气体进行冷却，然后再进行除尘，这样浪费了大量的热资源，有时还会产生污水、污泥等二次污染，而高温气体的直接净化除尘技术可以不用冷却利用高温过滤材料实现气固分离，使高温气体资源能够综合利用，并能最大程度地利用气体显热和有用能源,而且简化了工艺过程,节省了设备投资以及避免了二次水污染等，因此具有显著的优势。
金属多孔材料因具有良好的耐热性、抗热震性和良好的机械性能，强度高，不易断裂等优点，另外还有良好的加工性能和焊接性能，更适用于高温气体的过滤除尘材料，尤其是高温抗腐蚀方面的改进更提升了适用性和优越性。金属多孔材料制备的高温过滤介质可以实现对5μm以下的尘粒进行精细除尘，如金属粉末烧结多孔材料FeAl金属间化合物和310S不锈钢材料具有很好的抗高温氧化、耐硫腐蚀性能，用它们制作的烧结金属滤管，最高使用温度可以达到900℃；铜基合金、304不锈钢、316不锈钢、GH3030高镍合金和GH4高温合金等材质的金属纤维制品、Fe-Al烧结粉末和310S烧结金属丝网也在高温除尘领域广泛使用。烧结不锈钢纤维毡作为一种新型材料，是采用微米级的不锈钢纤维无纺铺制、叠配和高温烧结而成的多层纤网材料，孔径分布均匀且孔径大小梯度可以控制，具有过滤精度高，纳污容量高等特点。它的孔隙率可以达到70%～85%相对粉末过滤材料具有更好的过滤性能，同样体积下过滤面积比玻璃纤维除尘袋和多孔陶瓷过滤材料也大得多，使用温度可以高达500℃，如316L不锈钢纤维毡，除此之外它还具备良好的导热性可波折易加工等特性。
结束语：制备多孔金属材料的方法有很多种，综上所述，它们都是常用的制备多孔金属材料的方法，且基本上具有孔隙率较高，结构较均匀，力学性较优，能大规模生产等特点。现在的很多研究中已经实现了孔隙的部分有序排列，但是在多孔材料整体结构中的孔隙的均匀性需要进一步的研究。另外在多孔金属材料的性能开发上仍具有很大的潜在空间，目前许多研究者对多孔金属材料制造工艺、造孔率以及烧结过程做了参数化研究，但没有实际可行的理论和数值模型来估计各种参数对组织和力学的影响。故在多孔金属材料制备工艺局限上和性能开发上的研究将越来越成为一种趋势。
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