第1章緒論

1.1引言001

1.2多孔材料結構001

1.3泡沫金屬003

1.3.1粉末燒結型003

1.3.2纖維燒結型004

1.3.3熔體鑄造型004

1.3.4金屬沉積型004

1.3.5復合型004

1.4泡沫陶瓷005

1.4.1泡沫陶瓷分類005

1.4.2泡沫陶瓷特點006

1.5泡沫塑料006

1.5.1泡沫塑料分類007

1.5.2泡沫塑料特點007

1.6結束語008



第2章孔隙結構與其工藝

2.1引言009

2.2泡沫金屬制備工藝009

2.2.1粉末冶金法009

2.2.2金屬沉積法010

2.2.3熔體發泡法011

2.2.4熔體吹氣發泡法011

2.2.5熔模鑄造法012

2.2.6滲流鑄造法012

2.2.7纖維燒結法013

2.2.8粉體熔化發泡法013

2.2.9泡沫金屬制備實踐舉例014

2.3泡沫陶瓷制備工藝016

2.3.1顆粒堆積燒結法016

2.3.2添加造孔劑法017

2.3.3有機泡沫浸漿法018

2.3.4發泡法018

2.3.5其他制備工藝019

2.4泡沫塑料制備工藝021

2.4.1泡沫塑料發泡021

2.4.2泡沫塑料成型024

2.4.3阻燃型泡沫塑料026

2.4.4生物降解泡沫塑料027

2.4.5增強泡沫塑料027

2.5結束語027



第3章材料性能與其用途

3.1引言029

3.2泡沫金屬性能應用029

3.2.1力學性能應用030

3.2.2導電性能應用036

3.2.3能量吸收性能應用038

3.2.4電磁屏蔽性能應用039

3.2.5孔隙表面應用039

3.2.6高熔點泡沫金屬040

3.3泡沫陶瓷性能應用043

3.3.1孔隙尺寸因素應用044

3.3.2孔隙表面因素應用048

3.3.3生物相容性應用050

3.3.4熱性能應用051

3.3.5能量吸收性能應用052

3.3.6性能應用總體評述052

3.4泡沫塑料性能應用053

3.4.1能量吸收性能應用053

3.4.2熱性能應用056

3.4.3力學性能應用058

3.4.4不同品種的用途059

3.4.5性能應用總體評述059

3.5結束語059



第4章孔隙因素基本參量

4.1引言061

4.2孔隙率061

4.2.1基本數學關繫062

4.2.2常用檢測方法062

4.3孔徑及其分布065

4.3.1顯微分析法065

4.3.2氣泡法066

4.3.3氣體滲透法072

4.3.4氣體吸附法075

4.4孔隙形貌077

4.4.1顯微觀測法078

4.4.2X射線斷層掃描法078

4.5孔隙因素綜合檢測083

4.5.1壓汞法的基本原理084

4.5.2孔徑及其分布的測定084

4.5.3表觀密度和孔隙率的測定086

4.5.4測試誤差分析和處理087

4.5.5測定方法適用範圍089

4.5.6幾種測定方法的比較090

4.6結束語091



第5章多孔材料吸聲性能

5.1引言092

5.2多孔材料吸聲原理及應用093

5.2.1多孔材料吸聲機理093

5.2.2多孔材料吸聲應用095

5.2.3影響吸聲性能的因素099

5.3吸聲性能表征和測試101

5.3.1吸聲性能的表征102

5.3.2吸聲繫數的檢測103

5.4多孔材料吸聲繫數的計算模型109

5.4.1實驗材料和檢測結果109

5.4.2吸聲繫數理論模型110

5.4.3模型計算和相關分析111

5.5泡沫金屬吸聲性能數學擬合115

5.5.1吸聲繫數與聲波頻率的關繫115

5.5.2吸聲繫數與孔隙因素的關繫119

5.5.3本節工作總結121

5.6泡沫鎳復層結構的中頻吸聲性能122

5.6.1實驗材料和檢測方法122

5.6.2實驗結果與分析討論123

5.6.3本節工作總結128

5.7泡沫鎳復層結構的低頻吸聲性能129

5.7.1實驗材料和檢測方法129

5.7.2實驗結果與分析討論130

5.7.3本節工作總結136

5.8結束語137



第6章多孔材料熱導性能

6.1引言139

6.2多孔材料的熱性能應用139

6.2.1熱量交換139

6.2.2熱管140

6.2.3其他具體應用141

6.3熱性能的表征和檢測方法142

6.3.1熱導率和熱擴散率的表征142

6.3.2熱導率的測量方法143

6.4多孔材料熱導率的測試146

6.4.1穩態平板測量法146

6.4.2有效熱導率和接觸熱阻148

6.4.3熱導率測試實例150

6.5影響熱導率的因素151

6.5.1影響熱導率的其他因素151

6.5.2值得研究的相關工作152

6.6結束語152



第7章不同結構的泡沫鈦

7.1引言153

7.2胞狀泡沫鈦合金153

7.2.1胞狀泡沫鈦的制備154

7.2.2胞狀泡沫鈦的壓縮行為155

7.2.3胞狀泡沫鈦的吸聲性能158

7.2.4本節工作總結160

7.3網狀泡沫鈦合金160

7.3.1網狀泡沫鈦的制備161

7.3.2網狀泡沫鈦的壓縮行為163

7.3.3網狀泡沫鈦的導熱性能164

7.3.4網狀泡沫鈦的吸聲性能166

7.3.5本節工作總結167

7.4泡沫鈦電磁屏蔽性能168

7.4.1電磁屏蔽原理簡介168

7.4.2電磁屏蔽實驗方法169

7.4.3胞孔泡沫鈦的電磁屏蔽效能170

7.4.4網孔泡沫鈦的電磁屏蔽效能171

7.4.5總體性討論172

7.4.6本節工作總結173

7.5結束語173



第8章非鋁鈦質泡沫金屬

8.1引言175

8.2泡沫不鏽鋼175

8.2.1網狀泡沫不鏽鋼及其吸聲性能176

8.2.2泡沫不鏽鋼與泡沫聚合物的中低頻吸聲效果比較181

8.2.3泡沫不鏽鋼加穿孔板疊層結構的低頻吸聲效果185

8.2.4高孔隙率胞狀泡沫不鏽鋼及其壓縮行為189

8.3泡沫鐵及夾層結構190

8.3.1泡沫鐵的制備及工藝分析191

8.3.2泡沫鐵夾層制品及其結合強度193

8.3.3本節工作總結195

8.4微孔泡沫鉬196

8.4.1泡沫鉬的制備方法196

8.4.2泡沫鉬的檢測與分析196

8.4.3本節工作總結199

8.5結束語199



第9章泡沫陶瓷性能研究

9.1引言201

9.2泡沫陶瓷吸聲性能202

9.2.1泡沫陶瓷塊體的制備202

9.2.2本多孔制品的吸聲性能202

9.2.3常見吸聲材料性能比較204

9.3泡沫陶瓷表面負載活性層207

9.3.1多孔泡沫瓷球的制備208

9.3.2表面負載活性氧化鋁211

9.3.3負載體繫的As吸附性能212

9.4泡沫陶瓷表面脫硅活化214

9.4.1脫硅方法及分析214

9.4.2脫硅機制分析216

9.4.3脫硅體繫的As吸附性能217

9.5泡沫陶瓷表面生長活性層218

9.5.1負載普魯士藍的研究意義218

9.5.2類網狀多孔陶瓷的制備219

9.5.3表面負載普魯士藍類似物220

9.5.4普魯士藍類似物的形成機制222

9.5.5負載體繫的吸附性能226

9.6結束語228



第10章二氧化鈦光活性膜研究

10.1引言230

10.2多孔結構的TiO2薄膜231

10.2.1多孔TiO2膜層的制備231

10.2.2膜層孔隙結構的形成機制分析233

10.2.3TiO2膜層的光催化實驗237

10.2.4Fe摻雜改性TiO2光催化膜238

10.3泡沫鈦生長TiO2納米線242

10.3.1泡沫鈦基體的制備243

10.3.2TiO2納米線的生長244

10.3.3復合結構用於甲基橙溶液的電解245

10.3.4復合結構用於太陽能電池247

10.4泡沫鈦生長TiO2納米管251

10.4.1泡沫鈦基體的制備252

10.4.2TiO2納米管的制備252

10.4.3TiO2納米管生長機理257

10.5多孔材料負載TiO2薄膜257

10.5.1泡沫金屬負載TiO2薄膜258

10.5.2泡沫陶瓷負載TiO2薄膜261

10.6結束語265



附錄本書作者實驗室研制的部分多孔產品示例



參考文獻271

通過改變材料的結構狀態可以實現對其使用性能的控制。因此，在實踐中經常是調節制備工藝及其參量來調節產品的組織結構形態，以達到預期的材料性能指標；借助於這種對應聯繫，可以達到選材設計、制備工藝優化設計以及終使用性能設計的目的。

多孔材料是近些年來得到迅速發展的一種新型功能結構工程材料，其綜合性能優異，用途十分廣泛，可用於航空航天、能源交通、電子、通信、冶金、機械、化工、醫學、環保、建築等領域，涉及分離過濾、消聲降噪、吸能減振、熱量交換、電磁屏蔽、電化學過程、催化工程和生物工程等諸多方面。

近年來作者力圖在多孔材料實用設計方面進行一些嘗試性的實踐，特別是在難熔金屬泡沫材料、泡沫陶瓷和有關多孔結構的表面改性等方面，現總結出來與廣大同仁交流，以便更好地向大家學習。全書共分10章，主要內容如下：第1章對多孔材料進行了簡單的繫統性概述，使讀者對該類材料有初步認識；第2章根據多孔材料的孔隙結構特征，介紹其對應的制備工藝方法，使讀者了解所需結構的工藝設計大致方案；第3章介紹泡沫金屬材料性能與其應用的關繫，為讀者在了解材料性能基礎上進行應用設計提供素材；第4章介紹孔隙因素基本參量的表征和檢測，為材料結構設計乃至工藝設計奠定基礎；第5章介紹多孔材料的吸聲性能，其中涉及若干吸聲結構設計的實例；第6章介紹多孔材料的熱導性能，含熱性能應用、表征和檢測等內容；第7章介紹不同結構的泡沫鈦，主要是網狀和胞狀兩種孔隙結構的制品性能研究；第8章介紹幾種非鋁鈦質泡沫金屬的研究，包括泡沫不鏽鋼、泡沫鐵及其夾層結構等；第9章對泡沫陶瓷方面的相關研究進行了階段性總結，主要有泡沫陶瓷的吸聲性能、泡沫陶瓷表面的不同改性方式等；第10章涵蓋二氧化鈦光活性膜方面的若干研究，其中有多孔結構的TiO2薄膜以及多孔基體負載或生長TiO2納米結構等。本書是作者多年來相關工作的研究結果，全書采用理論結合實際的方式，以大量的實例來說明分析問題，既有一定的理論深度,又有較強的實用性。

在本書的素材中，以下人員在相應章節的研究工作中提供了重要貢獻：第5章主要有本人的博士生段翠雲和碩士生徐新邦；第7章、第8章主要有博士後盧淼和碩士生頃淮斌；第9章主要有博士生崔光、段翠雲和碩士生郭宜嬌；第10章主要有博士生崔光和碩士生夏鳳金等。

本書的出版不但要感謝一直以來大力支持和熱情鼓勵本人的多孔界同仁，還要特別感謝化學工業出版社對本書出版的支持和幫助。由於作者本身學術水平和時間、精力有限，書中難免存在不足之處,懇請讀者批評指正。



著者

liu996@263.net

2019年7月