[发明专利]氧化硅填充的金属多孔材料及其制法与用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型金属多孔材料,以及其制备方法和在气相反应催化剂载体中的应用。

背景技术

金属多孔材料由金属基体和气孔组成，是近几十年发展起来的一种科技含量高、应用范围广的新型多用途材料。由于具有轻质、高比强度等结构、材料特点，使它具有多孔、减震、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽、过滤等多种优良的物理性能，广发应用于航空航天、铁路交通、军事武器、机械电子、能源等多个领域。

随着我国大飞机、高速铁路等大型高新技术产业飞速发展，对材料的强重比、刚重比、耐损伤等性能提出了更高的要求；轻质高强耐损伤一直是轨道交通、汽车船舶以及航空航天材料和结构研制追求的目标。在汽车领域，有关研究数据表明,汽车整体质量降低10％，可节油3％；汽车的轻质化对减轻汽车自重，提高整车燃油经济性至关重要。吉林大学的林松采用有限元方法对车身部分结构进行优化设计，将整车质量降低5.7％；通用汽车公司的R.R.MAYER、密西根大学的N.KIKUCHI和R.A.SCOTT应用拓扑优化技术对汽车零件进行了优化，使优化后的零件呈蜂窝结构，同时也减轻了结构重量；上海大众桑塔纳轿车变速器壳体采用镁合金；通用汽车公司的Precept铝车身结构与钢结构相比，质量减少了45％。在航空领域，飞机的轻量化不仅意味着有效负荷的增大。统计表明，对商用飞机、战斗机和卫星、空间站等飞行器，每减少1磅的结构重量，能带来的经济效益分别约为300、3000和30000美元。近年来，国外在结构方面的主要进展是高效轻质结构、整体结构件和复合材料结构，在结构设计上向多学科快速优化设计方向发展，大量应用高效轻质的新结构形式。在铁路方面，20世纪60年代以来德国的普通铁路客车广泛采用铝合金车体，成为欧洲铁路使用铝制车体最多的国家。世界各国的高速列车，如德国的ICE、日本的东海道高速列车均采用铝制车体。在建筑工程领域，夹层轻质建材的使用有助于提高建筑的抗震能力和承载能力。德国的nwasser Park大桥也采用了一种新型复合材料进行加固，英国智能工程公司指出该桥可以再使用75年。

金属多孔材料的开发始于20世纪50年代。1948年，Sonik(美国)提出了汞在熔融铝中气化泡沫制取泡沫铝的方法，随后Elliot于1951年成功地生产出泡沫铝，这标志着金属多孔研制的开始。20世纪90年代以来，美国的哈佛大学、英国的剑桥大学、德国的Fraunhofe材料研究所、日本的东京大学等对金属多孔材料在准静态条件下的力学性能进行了集中研究，获得了一批成果，而美国陆军办公室也将具有重量轻、多方向能量吸收与耗散等性能的金属多孔作为新型功能材料研究和开发的重点。

目前，欧洲、美国、日本等发达国家的相关研发都十分活跃，己涌现出一批生产泡沫材料产品的公司(如Shinko-Wire，Cymat，Aluligy，Schunk等)。日本神户钢铁公司生产的亚尔波拉斯泡沫铝材在日本的高速列车制造中获得了应用。日本大阪大学产业科学研究所用可控气氛下的熔炼凝固法，开发出一种新型的孔向一致的多孔金属。而日本虹技公司用金属纤维填入模内进行加压烧结得到了高气孔率(80～98％)的烧结多孔材料。德国卡曼汽车公司用复合泡沫铝材制造出了性能优越的吉雅轻便轿车(Ghiaroadster)。1991年日本九州工业金属研究所还开发出泡沫铝工业化生成的工艺路线，目前己能用金属泡沫法和渗流法产生大型和小型部件。最近，法国学者进行了在微重力条件下的泡沫实验研究，试图减少泡沫时重力引起的浮泛(会导致泡沫凝聚)和沉积对流(会改变液相中的浓度场和温度场)等作用，以提高液膜的稳定性。加拿大学学者在熔融吹气泡沫工艺研究中，发现了加入增粘剂可以改善液膜的稳定性，如果再加入固体氧化剂(如MnO₂)，则会使金属铝氧化，生成的Al₂O₃可作为形核的核心，这将使泡沫铝的气孔、尺寸和形态更加均匀。美国杜克大学的富兰克林科克－斯教授于1991年在微重力条件下利用太阳能和氢气制造出了微孔泡沫铝。

相对于国际上金属多孔的彭勃兴起，国内这方面生产相对落后。先进的生产技术被美国、德国、日本等垄断。国内生产金属多孔的厂家主要有湖南长沙力元公司，其它为一些金属多孔的改装和代理。北京的艾伯特公司泡沫铝有限公司、厦门美乐建材公司，代理高档次消音、电磁屏蔽泡沫铝板材。