多孔固體材料

第1章 什么是多孔固體

1.1 引言

1.2 多孔固體的概念

1.3 多孔固體的類型

1.3.1 蜂窩體

1.3.2 泡沫體

1.3.3 天然多孔體和人造多孔體

1.4 多孔固體的材質(zhì)

1.4.1 多孔金屬

1.4.2 多孔陶瓷

1.4.3 泡沫塑料

1.5 總結(jié)

第2章 多孔固體的結(jié)構(gòu)

2.1 引言

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)

2.3 孔隙形狀

2.4 相對(duì)密度

第3章 天然多孔固體

3.1 引言

3.2 木材

3.2.1 木材的結(jié)構(gòu)

3.2.2 木材的性能

3.2.3 木材的用途

3.3 網(wǎng)狀骨質(zhì)

3.3.1 網(wǎng)狀骨質(zhì)的結(jié)構(gòu)

3.3.2 網(wǎng)狀骨質(zhì)的力學(xué)性能

3.4 軟木

3.4.1 軟木的結(jié)構(gòu)

3.4.2 軟木的力學(xué)性能

3.4.3 軟木的用途

3.5 總結(jié)

第4章 多孔金屬

4.1 引言

4.2 多孔金屬的概念

4.3 多孔金屬的制備

4.3.1 粉末冶金法

4.3.2 纖維燒結(jié)法

4.3.3 熔體發(fā)泡法

4.3.4 熔體吹氣法

4.3.5 滲流鑄造法

4.3.6 金屬沉積法

4.3.7 中空球燒結(jié)法

4.3.8 定向孔隙多孔金屬的制備

4.3.9 其他方法

4.4 微納孔隙多孔金屬

4.5 多孔金屬的用途

4.5.1 過濾與分離

4.5.2 消聲降噪

4.5.3 熱量交換

4.5.4 多孔電極

4.5.5 汽車工業(yè)應(yīng)用

4.5.6 生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

4.5.7 其他應(yīng)用

4.5.8 格子結(jié)構(gòu)多孔金屬

4.5.9 多孔金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)

4.6 總結(jié)

第5章 多孔陶瓷

5.1 引言

5.2 多孔陶瓷的概念

5.3 多孔陶瓷的制備

5.3.1 顆粒堆積燒結(jié)法

5.3.2 添加造孔劑法

5.3.3 有機(jī)泡沫浸漬法

5.3.4 發(fā)泡法

5.3.5 溶膠"para" label-module="para">

5.3.6 多孔陶瓷的新型制備工藝

5.3.7 蜂窩陶瓷的制備

5.4 多孔陶瓷的用途

5.4.1 過濾與分離

5.4.2 熱功能器件

5.4.3 傳感器件

5.4.4 生物材料

5.4.5 環(huán)境材料

5.4.6 化學(xué)工程應(yīng)用

5.4.7 聲音吸收

5.4.8 多孔陶瓷應(yīng)用總體評(píng)述

5.5 總結(jié)

第6章 泡沫塑料

6.1 引言

6.2 泡沫塑料的制備

6.2.1 泡沫塑料的發(fā)泡原理

6.2.2 泡沫塑料的成型工藝

6.2.3 植物油基泡沫塑料

6.3 泡沫塑料的用途

6.3.1 隔熱與保溫

6.3.2 包裝材料

6.3.3 吸聲材料

6.3.4 分離富集

6.3.5 其他用途

6.3.6 泡沫塑料應(yīng)用小結(jié)

6.4 功能泡沫塑料

6.4.1 自熄性泡沫塑料

6.4.2 抗靜電泡沫塑料

6.4.3 磁性泡沫塑料

6.4.4 微孔泡沫塑料

6.5 總結(jié)

第7章 多孔材料性能

7.1 引言

7.2 多孔材料性能總攬

7.2.1 力學(xué)性能

7.2.2 熱性能

7.2.3 電性能

7.3 泡沫金屬性能圖

7.3.1 剛度和密度

7.3.2 強(qiáng)度和密度

7.3.3 比剛度和比強(qiáng)度

7.3.4 熱性能

7.4 量值關(guān)系

7.5 選材設(shè)計(jì)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 多孔固體的優(yōu)越指標(biāo)

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 數(shù)學(xué)表達(dá)方式

8.2.2 顯微分析法

8.2.3 質(zhì)量·蔡寤·計(jì)算法

8.2.4 浸泡介質(zhì)法

8.3 多孔材料的孔徑

8.3.1 顯微分析法

8.3.2 氣泡法

8.3.3 氣體吸附法

8.4 壓汞法測定孔隙因素

8.4.1 壓汞法的基本原理

8.4.2 孔徑及其分布

8.4.3 表觀密度和孔率

8.4.4 壓汞法的實(shí)驗(yàn)操作

8.5 多孔材料的吸聲系數(shù)

8.5.1 吸聲性能的表征

8.5.2 吸聲系數(shù)的檢測

8.6 多孔材料的電阻率

8.6.1 四電極法

8.6.2 雙電橋法

參考文獻(xiàn)

《高新技術(shù)科普叢書：多孔固體材料》揭示多孔固體形形色色的結(jié)構(gòu)形式以及自然界中豐富多彩的多孔固體形態(tài)，解析各種人造多孔固體材料的制備方法和不同用途。全書包括多孔固體結(jié)構(gòu)、自然界中多孔固體、多孔金屬、多孔陶瓷、泡沫塑料、多孔固體性能、多孔固體表征等章節(jié)，內(nèi)容新穎、豐富、實(shí)用。

《高新技術(shù)科普叢書：多孔固體材料》以多孔固體材料為內(nèi)容，對(duì)其前沿技術(shù)及其各行業(yè)方面的應(yīng)用進(jìn)行了相應(yīng)的介紹，綜合了近年來最新理論和技術(shù)成果以及編者多年的技術(shù)、科研經(jīng)驗(yàn)，能使廣大讀者對(duì)多孔固體材料有所領(lǐng)悟，并對(duì)其相關(guān)知識(shí)發(fā)生興趣?！陡咝录夹g(shù)科普叢書：多孔固體材料》可供廣大材料、化工、生物、機(jī)械、建筑和醫(yī)學(xué)等與多孔材料相關(guān)領(lǐng)域的一般讀者、科研人員及工程技術(shù)人員和管理人員及相關(guān)專業(yè)在校大學(xué)生、研究生及教師閱讀和參考。

本書以國內(nèi)外先進(jìn)、新型多孔材料、多孔固體材料為內(nèi)容，對(duì)其前沿技術(shù)及其各行業(yè)方面的應(yīng)用進(jìn)行了詳盡介紹，綜合了近年來最新理論和技術(shù)成果以及編者多年的技術(shù)、科研經(jīng)驗(yàn)，能使廣大讀者對(duì)多孔材料、多孔固體材料有所領(lǐng)悟，并對(duì)其相關(guān)知識(shí)發(fā)生興趣。本書可供廣大材料、化工、生物、機(jī)械、建筑和醫(yī)學(xué)等與多孔材料相關(guān)領(lǐng)域的一般讀者、科研人員及工程技術(shù)人員和管理人員及相關(guān)專業(yè)在校大學(xué)生、研究生及教師閱讀和參考。

燒結(jié)多孔材料雖然力學(xué)性能和耐腐蝕性能等因存在孔隙而不如致密金屬，但有些性能如熱交換能力、電化學(xué)活性、催化作用等卻因比表面增大而比致密金屬好得多。多孔材料還具有一系列致密金屬所沒有的功能，如孔隙能透過氣、液介質(zhì)，能吸收能量，或起緩沖作用。燒結(jié)多孔材料因用途不同而各具特殊性能，如對(duì)過濾材料要求過濾精度、透過性和再生性；對(duì)某些多孔材料要求熱交換效率、電化學(xué)活性、聲阻性、電子發(fā)射能力等。

表征多孔結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)是：孔隙度、平均孔徑、最大孔徑、孔徑分布、孔形和比表面。除材質(zhì)外，材料的多孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)材料的力學(xué)性能和各種使用性能有決定性的影響。由于孔隙是由粉末顆粒堆積、壓緊、燒結(jié)形成的；因此,原料粉末的物理和化學(xué)性能,尤其是粉末顆粒的大小、分布和形狀，是決定多孔結(jié)構(gòu)乃至最終使用性能的主要因素。多孔結(jié)構(gòu)參數(shù)和某些使用性能（如透過性等）都有多種測定原理和方法?？讖匠Ｓ脷馀莘?、氣體透過法、吸附法和汞壓法等來測定，比表面常用低溫氮吸附法和流體透過法來測定。選擇測定方法時(shí)應(yīng)盡量選用與使用條件相近的方法。流體透過多孔體的運(yùn)動(dòng)在層流條件下服從達(dá)西公式，即流速與壓力梯度成正比，與流體粘度成反比，其比例常數(shù)即透過系數(shù)為反映材料透過能力的特征參數(shù)。當(dāng)貫通孔隙度、孔徑增大時(shí)，或多孔體厚度、流體粘度減小時(shí)，燒結(jié)多孔材料的透過能力隨之增大。燒結(jié)多孔材料的力學(xué)性能不僅隨孔隙度、孔徑的增大而下降，還對(duì)孔形非常敏感，即與“缺口”效應(yīng)有關(guān)。孔隙度不變時(shí)，孔徑小的材料透過性小，但因顆粒間接觸點(diǎn)多，故強(qiáng)度大。過濾精度即阻截能力是指透過多孔體的流體中的最大粒子尺寸，一般與最大孔徑值有關(guān)?？讖椒植际嵌嗫捉Y(jié)構(gòu)均勻性的判據(jù)。對(duì)于過濾材料要求在有足夠強(qiáng)度的前提下，盡可能增大透過性與過濾精度的比值。根據(jù)這些原理，發(fā)展出用分級(jí)的球形粉末為原料，制成均勻的多孔結(jié)構(gòu)，用粉末軋制法制造多孔的薄帶和焊接薄壁管，發(fā)展出粗孔層與細(xì)孔層復(fù)合的雙層多孔材料。

多孔材料可由多種金屬和合金以及難熔金屬的碳化物、氮化物、硼化物和

硅化物等制成，但常用的是青銅、不銹鋼、鎳及鈦等。多孔材料的孔隙度一般在15%以上，最高可達(dá)90%以上，孔徑從幾百埃到毫米級(jí)。多孔材料的孔隙度一般粗分為低孔隙度(<30%)、中孔隙度(30～60%)、高孔隙度(>60%)三類，孔徑分為粗孔(>50nm)、中等孔（2～50nm）和微孔(<2nm)三種。低孔隙度的多孔材料主要是含油軸承，高孔隙度的還包括金屬纖維多孔材料和泡沫金屬，主要用于電池極板、絕熱、消音、防震等。大量使用的過濾材料和發(fā)汗冷卻材料（見金屬發(fā)汗材料）多為中等孔隙度。過濾用的多孔材料可按過濾精度和流量分成等級(jí)系列。