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。