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[交流] 新法制造三种发泡材料，其用途分别是？

新法制造三种发泡材料，其用途分别是？
2011/10/21 00:00

　　照片中为金属或陶瓷发泡材料。气孔的形状及相互连接的方式不同。材料1以三维各向同性的状态形成空间封闭的球状气孔（各向同性闭孔）；材料2的气孔虽然同为空间封闭状态，但其形状却并非球状，而是压成了平板状（平板状闭孔）；材料3的气孔与材料1一样均以三维各向同性状态形成，但气孔却是互通的（开放孔）。那么，这三种发泡材料的用途会是上图中的哪一个呢？

答案是c。为1轻量高刚性构造材料、2隔热材料、3过滤及催化剂载体材料

　　各向同性闭孔材料由于气孔呈各向同性封闭状态，因此可用于有轻量及高刚性要求的用途。平板状闭孔材料由于热量不易向垂直于平板状气孔的方向传递，因此可用作隔热材料。因为通过固体部分向垂直方向传递热量的经路要比各向同性闭孔长＊1。而开孔材料由于气孔为互通状态，因此在流过流体或者在气孔内部表面担载催化剂时有效。上面介绍的3种发泡材料中，材料1由铝钛（Al-Ti）类化合物构成，材料2由镍钛（Ni-Ti）类化合物构成，材料3由钛碳（Ti-C）类化合物与钛硼（Ti-B）类化合物的混合物构成。

图1：如果通过局部加热部分引起化合物生成反应，其反应热会使化合物生成反应及发泡反应向周围自蔓延。
＊1 发泡材料的热量一般通过固体部分中的传导、气孔内的气体对流，以及辐射来传递。不过，在厚度为1cm以下的空间内不易发生对流，在温度为100℃左右时也几乎没有热辐射。

　　名古屋大学研究生院工学研究科副教授小桥真等开发出了以低能耗制造发泡材料的工艺（图1）＊2。其最大特点是利用生成化合物时的燃烧反应所释放的热量来形成发泡材料。发泡所需要的加热能量减少到了以往工艺的1/10以下。

＊2　本开发项目为日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）产业技术研究助成事业（青年研究基金）的一部分。

　　通常的做法是将促使发泡的粉末混合到用于形成发泡材料的化合物的粉末中，压缩制成发泡金属的前体（Precursor），然后加热前体使其内部发泡。

　　而新开发的制造方法则使用原料粉末而非化合物粉末，并混入辅助剂。比如，Al-Ti类发泡材料是通过将Al和Ti的粉末以及作为发热辅助剂的碳化硼（B4C）混合起来形成的。B4C会与Ti反应，释放出约5倍于Al与Ti反应时的热量。这样就会促进Al与Ti的燃烧反应，使燃烧温度上升至超过Al-Ti类化合物熔点的约1400℃。结果，前体中的残留空气和附着于原料粉末表面的水分（水和物）就会化成气泡，在熔融后的Al-Ti类化合物中扩散，形成各向同性的闭孔（图2上方）。

　　而形成开孔时，则混合入吸热辅助剂。这是为了将燃烧温度降至比化合物的熔点更低的水平。在这一状态下，如图2所示，原料Y会在原料X的粒子表面移动，生成X与Y的化合物，由此形成气孔相通的开孔。

图2：燃烧温度比化合物的熔点高时，如上侧一样，在熔融后的化合物中就会有气泡扩散，形成各向同性闭孔。而燃烧温度比化合物的熔点低时，则在一方原材料的表面生成化合物，并随着化合物慢慢生长，形成开孔。

　　平板状闭孔在Ni-Ti化合物等反应热较小的情况下形成。由于燃烧反应的自蔓延是逐层（按粉末粒子计算，每层的厚度为2、3粒左右）阶段性推进的，因此在层与层之间生成了平板状的间隙。这时也要添加发热辅助剂。（记者：富冈恒宪，《日经制造》）

■日文原文：新しい製法で造った3通りの発泡材料，それぞれの想定用途は？

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