多孔固体材料

第1章 什么是多孔固体

1.1 引言

1.2 多孔固体的概念

1.3 多孔固体的类型

1.3.1 蜂窝体

1.3.2 泡沫体

1.3.3 天然多孔体和人造多孔体

1.4 多孔固体的材质

1.4.1 多孔金属

1.4.2 多孔陶瓷

1.4.3 泡沫塑料

1.5 总结

第2章 多孔固体的结构

2.1 引言

2.2 孔隙结构

2.3 孔隙形状

2.4 相对密度

第3章 天然多孔固体

3.1 引言

3.2 木材

3.2.1 木材的结构

3.2.2 木材的性能

3.2.3 木材的用途

3.3 网状骨质

3.3.1 网状骨质的结构

3.3.2 网状骨质的力学性能

3.4 软木

3.4.1 软木的结构

3.4.2 软木的力学性能

3.4.3 软木的用途

3.5 总结

第4章 多孔金属

4.1 引言

4.2 多孔金属的概念

4.3 多孔金属的制备

4.3.1 粉末冶金法

4.3.2 纤维烧结法

4.3.3 熔体发泡法

4.3.4 熔体吹气法

4.3.5 渗流铸造法

4.3.6 金属沉积法

4.3.7 中空球烧结法

4.3.8 定向孔隙多孔金属的制备

4.3.9 其他方法

4.4 微纳孔隙多孔金属

4.5 多孔金属的用途

4.5.1 过滤与分离

4.5.2 消声降噪

4.5.3 热量交换

4.5.4 多孔电极

4.5.5 汽车工业应用

4.5.6 生物医学应用

4.5.7 其他应用

4.5.8 格子结构多孔金属

4.5.9 多孔金属复合结构

4.6 总结

第5章 多孔陶瓷

5.1 引言

5.2 多孔陶瓷的概念

5.3 多孔陶瓷的制备

5.3.1 颗粒堆积烧结法

5.3.2 添加造孔剂法

5.3.3 有机泡沫浸渍法

5.3.4 发泡法

5.3.5 溶胶"para" label-module="para">

5.3.6 多孔陶瓷的新型制备工艺

5.3.7 蜂窝陶瓷的制备

5.4 多孔陶瓷的用途

5.4.1 过滤与分离

5.4.2 热功能器件

5.4.3 传感器件

5.4.4 生物材料

5.4.5 环境材料

5.4.6 化学工程应用

5.4.7 声音吸收

5.4.8 多孔陶瓷应用总体评述

5.5 总结

第6章 泡沫塑料

6.1 引言

6.2 泡沫塑料的制备

6.2.1 泡沫塑料的发泡原理

6.2.2 泡沫塑料的成型工艺

6.2.3 植物油基泡沫塑料

6.3 泡沫塑料的用途

6.3.1 隔热与保温

6.3.2 包装材料

6.3.3 吸声材料

6.3.4 分离富集

6.3.5 其他用途

6.3.6 泡沫塑料应用小结

6.4 功能泡沫塑料

6.4.1 自熄性泡沫塑料

6.4.2 抗静电泡沫塑料

6.4.3 磁性泡沫塑料

6.4.4 微孔泡沫塑料

6.5 总结

第7章 多孔材料性能

7.1 引言

7.2 多孔材料性能总揽

7.2.1 力学性能

7.2.2 热性能

7.2.3 电性能

7.3 泡沫金属性能图

7.3.1 刚度和密度

7.3.2 强度和密度

7.3.3 比刚度和比强度

7.3.4 热性能

7.4 量值关系

7.5 选材设计分析

7.5.1 材料性能分布

7.5.2 性能分布的公式化

7.5.3 多孔固体的优越指标

第8章 多孔材料表征

8.1 引言

8.2 多孔材料的孔率

8.2.1 数学表达方式

8.2.2 显微分析法

8.2.3 质量·蔡寤·计算法

8.2.4 浸泡介质法

8.3 多孔材料的孔径

8.3.1 显微分析法

8.3.2 气泡法

8.3.3 气体吸附法

8.4 压汞法测定孔隙因素

8.4.1 压汞法的基本原理

8.4.2 孔径及其分布

8.4.3 表观密度和孔率

8.4.4 压汞法的实验操作

8.5 多孔材料的吸声系数

8.5.1 吸声性能的表征

8.5.2 吸声系数的检测

8.6 多孔材料的电阻率

8.6.1 四电极法

8.6.2 双电桥法

参考文献

《高新技术科普丛书：多孔固体材料》揭示多孔固体形形色色的结构形式以及自然界中丰富多彩的多孔固体形态，解析各种人造多孔固体材料的制备方法和不同用途。全书包括多孔固体结构、自然界中多孔固体、多孔金属、多孔陶瓷、泡沫塑料、多孔固体性能、多孔固体表征等章节，内容新颖、丰富、实用。

《高新技术科普丛书：多孔固体材料》以多孔固体材料为内容，对其前沿技术及其各行业方面的应用进行了相应的介绍，综合了近年来最新理论和技术成果以及编者多年的技术、科研经验，能使广大读者对多孔固体材料有所领悟，并对其相关知识发生兴趣。《高新技术科普丛书：多孔固体材料》可供广大材料、化工、生物、机械、建筑和医学等与多孔材料相关领域的一般读者、科研人员及工程技术人员和管理人员及相关专业在校大学生、研究生及教师阅读和参考。

本书以国内外先进、新型多孔材料、多孔固体材料为内容，对其前沿技术及其各行业方面的应用进行了详尽介绍，综合了近年来最新理论和技术成果以及编者多年的技术、科研经验，能使广大读者对多孔材料、多孔固体材料有所领悟，并对其相关知识发生兴趣。本书可供广大材料、化工、生物、机械、建筑和医学等与多孔材料相关领域的一般读者、科研人员及工程技术人员和管理人员及相关专业在校大学生、研究生及教师阅读和参考。

烧结多孔材料虽然力学性能和耐腐蚀性能等因存在孔隙而不如致密金属，但有些性能如热交换能力、电化学活性、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性能，如对过滤材料要求过滤精度、透过性和再生性；对某些多孔材料要求热交换效率、电化学活性、声阻性、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、最大孔径、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性能和各种使用性能有决定性的影响。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性能,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性能的主要因素。多孔结构参数和某些使用性能（如透过性等）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性能不仅随孔隙度、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，孔径小的材料透过性小，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最大粒子尺寸，一般与最大孔径值有关。孔径分布是多孔结构均匀性的判据。对于过滤材料要求在有足够强度的前提下，尽可能增大透过性与过滤精度的比值。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，最高可达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(>50nm)、中等孔（2～50nm）和微孔(<2nm)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。