CN1277638C

CN1277638C - 金属多孔体生产方法

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Publication number: CN1277638C
Application number: CNB028282191A
Authority: CN
Inventors: 中嵨英雄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2022-08-26
Also published as: TW593705B; EP1479466B1; EP1479466A1; WO2003070401A1; US20050145364A1; RU2281980C2; US7261141B2; CA2473120C; EP1479466A4; UA76323C2; KR100887651B1; RU2004128246A; JP4235813B2; CA2473120A1; KR20040079441A; ATE509718T1; CN1620348A; JPWO2003070401A1

Abstract

本发明提供一种生产金属多孔体的方法，该方法包括：在气体氛围下通过悬浮区域熔炼法连续熔融部分初始金属材料同时使该材料运动，从而将气体溶解进所得到的熔融金属区域中；并且通过冷却使熔融金属区域连续固化。根据本发明的方法，即使在初始金属材料具有较低的导热性时，也可以生产出具有只沿着纵向方向生长的均匀微孔的金属多孔体。

Description

金属多孔体生产方法

技术领域

本发明涉及一种生产金属多孔体的方法。

背景技术

近年来，多孔材料例如多孔金属已经受到广泛研究，并且正在朝着实际应用作为过滤器、静压轴承、医疗器械、体育用品等的方向发展。

例如美国专利No.5181549披露了一种用于生产多孔体例如金属多孔体的方法。更具体地说，该生产方法包括在压力下将氢或含氢气体溶解进熔融金属材料中，然后在受控温度和压力条件下冷却该熔融金属以使之固化。

日本待审专利公开No.10-88254披露了一种用于生产金属多孔体的方法，该方法包括在加压气体氛围下将金属熔融并且使该熔融金属固化的步骤，该金属在等压气体氛围下在金属-气体相图中具有一共晶点。日本待审专利公开No.2000-104130披露了一种用于生产具有形状受控的孔隙等的金属多孔体的方法，该方法包括在加压氛围下将氢、氧、氮等溶解进熔融金属中，并且冷却该熔融金属以在控制温度和压力的同时使之固化。

根据上述方法，将在熔炉中熔融的金属浇注到模具中，并且通过从模具散热使之固化。当在这些方法中采用了具有高导热性的金属例如铜、镁等时，该熔融金属通过散热迅速固化，以便能够形成相对均匀的孔隙。但是，当将这些方法应用于其中采用了一般使用的实际应用材料例如钢、不锈钢等的情况时，由于其导热性较低，冷却速度在金属体的内部中下降，这导致形成明显粗大的孔隙，因此难以形成均匀的孔隙。具有不均匀孔隙尺寸的这种多孔体其缺点在于，因为当施加负载时孔隙越大其所受到的应力越大，所以不能确保高强度。而且，这种多孔体不能用作需要孔隙直径均匀的过滤器。

发明内容

本发明是鉴于现有技术的上述问题开发出的。本发明主要目的在于提供一种用于生产金属多孔体的新颖方法，由此能够与所采用的原料的导热性无关地形成均匀的孔隙，另外即使在生产棒状、板状等较长或大尺寸产品时也能够形成多个沿着一个方向拉长的均匀孔隙。

本发明人已经进行了深入研究以实现上面的目的。本发明人发现通过一种采用了悬浮区域熔炼方法的特殊工艺来实现以下显著的效果，该方法包括以下步骤，部分熔融初始金属材料同时使该材料运动；将多种气体溶解进熔融金属；并且使该熔融金属固化。即，根据该方法，能够通过适当确定所使用的气体种类、气体的组合、气压等来控制溶解进熔融金属的气体量，并且进而能够通过选择初始金属材料的运动速度、冷却方法等来随意控制孔隙形状、孔隙尺寸、孔隙率等。而且，本发明人发现该方法即使在采用导热性较低的较长或大尺寸初始金属材料时也能够生产出具有沿着一个方向拉长的微孔隙的多孔体。本发明是基于这些新颖发现来完成的。

如下所述，本发明提供生产金属多孔体的方法以及由该生产方法生产出的金属多孔体：

1.一种生产金属多孔体的方法，该方法包括：在气体氛围下通过悬浮区域熔炼法连续熔融部分初始金属材料同时使该材料运动，从而将气体溶解进所得到的熔融金属区域中；并且通过冷却使熔融金属区域连续固化。

2.根据上面项目1所述的方法，其中，初始金属材料在包含有所要溶解气体的氛围下熔融，该气体为选自氢、氮、氧、氟和氯中的至少一种。

3.根据上面项目2所述的方法，其中，所要溶解的气体的压力在10^-3Pa到100Mpa的范围内。

4.根据上面项目1所述的方法，其中，初始金属材料在所要溶解的气体和惰性气体的混合气体氛围下熔解。

5.根据上面项目4所述的方法，其中，惰性气体的压力在0到90Mpa的范围内。

6.根据上面项目1所述的方法，其中，初始金属材料为铁、镍、铜、铝、镁、钴、钨、锰、铬、铍、钛、银、金、铂、钯、锆、铪、钼、锡、铅、铀或包含这些金属中一种或多种的合金。

7.根据上面项目1所述的方法，其中，初始金属材料的熔融温度在其熔点温度到高于该熔点500℃范围内。

8.根据上面项目1所述的方法，其中，初始金属材料的运动速度在10μm/秒到10000μm/秒的范围内。

9.根据上面项目1所述的方法，其中，初始金属在以1至100rpm的转速转动的同时运动。

10.根据上面项目1所述的方法，其中，采用自然冷却或强制冷却来通过冷却使熔融金属固化。

11.根据上面项目10所述的方法，其中利用选自通过吹气进行冷却的方法、通过与水冷套管接触来进行冷却的方法以及通过与位于初始金属材料的一个或两个端部处的冷却块接触来进行冷却的方法中的一种或多种方法来对熔融金属进行强制冷却。

12.根据上面项目1所述的方法，其中，在通过悬浮区域熔融方法来使初始金属材料熔融之前，在从室温至低于金属熔点的温度的范围内的温度下将初始金属材料保持在减压下，由此使该初始金属材料脱气。

13.由根据上面项目1至项目12所述的任一种方法获得的金属多孔体。

14.根据上面项目13所述的金属多孔体，其中，采用铁基金属作为初始金属材料，并且采用氮作为所要溶解的气体。

附图的简要说明

图1为一剖视图，示意性地显示由本发明获得的金属多孔体。

图2为一纵向剖视图，示意性地显示由本发明获得的金属多孔体。

图3为一示意图，示意性地显示用于在使材料垂直运动的同时连续熔融部分初始金属材料的过程。

图4为剖视图，示意性地显示由本发明获得的不锈钢多孔体；一个视图显示在氢和氩的混合气体氛围下生产出的不锈钢多孔体，另一个视图显示在氢气氛围下生产出的不锈钢多孔体。

图5为一曲线图，显示在氢和氩的混合气体氛围下生产多孔不锈钢体的情况下孔隙率和氢分压/氩分压的关系。

图6为示意图，示意性地显示出用于对按照悬浮区域熔炼法生产的熔融金属进行强制冷却的两种模式。

图7为示意性剖视图，部分显示出在初始金属材料的运动速度变化的情况下获得的金属多孔体；其中两个视图中的每一个显示出在进行冷却以使熔融金属固化时受到气体喷吹的金属多孔体；并且另两个视图的每一个显示出没有受到气体喷吹的金属多孔体。

图8为一剖视图，示意性地显示出在本发明中用来生产金属多孔体的设备的一个示例。

图9为一曲线图，显示出对于采用氮气或氢气作为所要溶解的气体所获得的铁多孔体而言在孔隙率和沿着与孔隙生长方向平行的方向的拉伸屈服应力之间的关系。

图10为一曲线图，显示出对于采用氮气或氢气作为所要溶解的气体所获得的铁多孔体而言在孔隙率和沿着与孔隙生长方向平行的方向的拉伸强度之间的关系。

在这些附图中，参考标号1表示气密容器，参考标号2和3表示密封元件，参考标号4表示排气管，参考标号5表示供气管，参考标号6表示初始金属材料，参考标号7表示高频加热线圈，参考标号8表示吹风机，参考标号9A和9B表示吹风管，参考标号10表示冷却单元，参考标号11和12表示水冷循环管，参考标号13表示水冷套管，并且参考标号14和15表示水冷循环管。

具体实施方式

在本发明中，可以用作初始金属材料的是这样一种材料，它在液相中具有高气体溶解度并且在固相中具有低气体溶解度。处于熔融状态中的这种金属溶解大量气体。但是，溶解的气体量在金属开始随着温度下降而固化时急剧减少。因此，在初始金属材料熔融时适当控制温度和周围气体压力，并且在适当选择冷却速度、周围气体压力等的同时使熔融金属固化，由此由于已经溶解在液相中的气体的分离，所以能够在固相中在固相和液相之间的界面附近形成气泡。这些气泡随着金属的固化而出现并且长大，由此在固相部分中形成许多孔隙。

如下面所详细说明的一样，根据本发明的方法，通过悬浮区域熔炼法来连续使初始金属材料部分熔融，并且将气体溶解到该熔融金属中。之后，在控制冷却条件的同时使该熔融金属固化，由此可以适当控制在所得到的产品中的孔隙形状、孔隙直径、孔隙率等。从而，能够形成具有大量沿一个方向拉长的微孔的多孔金属体。

图1为一剖视图，示意性地显示出由本发明的方法获得的金属多孔体。图2为一纵向剖视图，示意性地显示出该金属多孔体。从图1和2中可以看出，本发明的方法提供了这样一种金属多孔体，其中形成有许多沿着纵向方向延伸的大致均匀的微孔隙。

根据本发明的方法，可以没有限制地采用任意金属作为初始金属材料，只要该金属在液相中具有高气体溶解度，并且在固相中具有低气体溶解度。更具体地说，本发明的方法可以使用导热率较低的金属材料作为初始金属材料，例如钢、不锈钢。镍基超合金等，它们难以通过已知方法形成均匀的孔隙。可以用作初始金属材料有铁、镍、铜、铝、镁、钴、钨、锰、铬、铍、钛、银、金、铂、钯、锆、铪、钼、锡、铅、铀或由包含这些金属一种或多种的合金。

根据本发明的方法，初始金属材料在通过悬浮区域熔炼法运动的同时连续部分熔融。初始金属材料的运动方向没有特别限制，并且可以设定为任意方向例如与重力垂直的方向、与重力平行的方向等。图3示意性低显示出用于在连续熔融部分材料的同时使棒状初始金属材料垂直运动的生产方法。

初始金属材料在形状上没有特别限制，并且可以为任意形状，只要该初始金属材料可以通过悬浮区域熔炼法连续部分熔融并且通过冷却固化。例如，可以采用成棒、板、圆柱形管等形状的长初始金属材料。当金属材料成板状时，它优选为圆柱形并且直径为0.3至200mm，以使得该材料能够在受到冷却时迅速冷却到其内部。在板状初始金属材料的情况中，该板状长金属优选大约厚为0.1至100mm并且宽约0.1至500mm。

其中悬浮区域熔炼法中的条件没有特别限制，并且能够如在已知方法中一样进行适当选择。

为了部分加热金属材料，能够适当采用在悬浮区域熔炼方法的技术中采用的加热方法。通常，采用高频感应加热。但是，液可以采用其它激光方法例如激光加热、通过焦耳热进行电阻加热、用电阻加热炉进行加热、红外线加热、电弧加热等。

所溶解的气体量随着熔融部分的温度升高而增加，而熔融部分的高温使得熔融金属需要更长的冷却时间来固化，因此孔隙直径可能较大。可以通过考虑上述因素来确定合适的熔融温度。通常，优选的是，熔融温度为熔点的温度至比熔点高大约500℃的温度范围内。

所要熔融部分的长度可以根据所使用的初始金属材料的种类和形状等来确定，并且可以在其中熔融部分的形状可以由于表面张力保持而不会出现熔融部分掉落的范围内。

必要的话，初始金属材料可以以大约1至100rpm的速度转动。当初始金属材料在转动的同时运动时，初始金属材料在熔融期间受到均匀加热。具体地说，使得直径较大的棒状初始金属材料在纵向轴向上转动，以便能够更加均匀地加热该材料，并且能够进行快速而均匀的熔融。

根据本发明的方法，应该将熔融部分放在包含有所要溶解的气体(即，溶解气体)的氛围中。当在溶解气体氛围下将初始金属材料熔融时，大量气体能够溶解在初始金属材料的熔融部分中。

对于溶解气体而言，根据所使用的初始金属材料的类型，可以使用这样一种气体，该气体在液相金属中具有高溶解度，并且在固相金属中具有低溶解度。这种气体的示例有氢气、氮气、氧气、氟气、氯气等。这些气体能够单独使用或以两种或多种结合使用。考虑到安全性，在这些气体中氢气、氮气、氧气等是优选的。在一些情况中，所形成的孔隙只包含溶解气体。在其它情况中，所形成的孔隙可以包含通过在熔融金属中的组分与溶解气体的反应所生产出的气体。例如，当使用氧气作为溶解气体并且在熔融金属材料中包含有碳时，所形成的孔隙可以包含有一氧化碳、二氧化碳等。

当初始金属材料为铁、镍和包含这些金属的合金时，优选的是使用选自氢气和氮气中的至少一种气体作为溶解气体。当初始金属材料为铜、铝、镁、钴、钨、锰、铬、铍、钛、钯、锆、铪、钼、锡、铅、铀或包含有这些金属的合金时，优选采用氢气作为溶解气体。当初始金属材料为银、金或包含这些金属的合金时，优选采用氧气作为溶解气体。

溶解气体趋向于随着气压增加而不断溶解在熔融金属中，这导致所得到的金属多孔体具有更高的孔隙率。因此，可以通过考虑初始金属材料的类型，所要求的孔隙形状、孔隙直径和所得到的多孔体的孔隙率等来适当确定溶解气体压力。溶解气体压力优选大约为10^-3Pa至100MPa，并且更优选为10Pa至100MPa。

在根据本发明的悬浮区域熔融法中，通常将熔融部分和冷却/固化部分保持在相同的气体氛围中。在将溶解气体与惰性气体混合在一起时能够更加精确地控制金属多孔体的孔隙直径和孔隙率。

更具体地说，当使用溶解气体和惰性气体的混合物并且使惰性气体压力保持恒定时，多孔体的孔隙率随着溶解气体压力的增加而增加。相反，当使溶解气体压力保持恒定时，多孔体的孔隙率随着惰性气体压力的增加而减小。这些现象可以归因于以下事实。即，惰性气体难以溶解到熔融金属中。因此，在施加高惰性气体压力的情况中，当使熔融金属冷却以固化时，因为惰性气体对熔融金属的溶解度较低，多孔体受到惰性气体的加压。因此，降低了多孔体的孔隙体积。

同时，在多孔体中的孔隙率随着在气体混合物的总气体压力的增加而增加。

可以使用的惰性气体包括氦气、氩气、氖气、氪气、氙气等。这些气体能够单独使用或以两种或多种气体结合使用。

惰性气体压力没有限制，但是可以适当确定，以便形成所要求的多孔体。该压力优选为大约90MPa或更小。溶解气体和惰性气体的混合比没有特别限制，但是通常惰性气体压力大约为溶解气体和惰性气体的总压的大约95％或更少。为了利用加有惰性气体的混合物获得效果，该惰性气体压力通常可以为总压的大约5％或更大。

图4示意性地显示出不锈钢多孔体(SUS304L)的剖视图；一个多孔体是在包含有1.0MPa的氢气和1.0MPa的氩气的混合气体氛围下生产出的，而另一个是在包含2.0MPa氢气的氢气氛围下生产出的。在图4中所示的多孔体在初始金属材料的运动速度为160μm/秒并且熔融温度为1430至1450℃的条件下生产出。在2.0MPa氢气的情况下生产出的多孔体的横截面只是部分显示出。

图4表明，当使用包含氢气(1.0MPa)和氩气(1.0MPa)的混合气体时，孔隙率非常低，并且孔隙直径也较小。

图5为一曲线图，显示出采用不锈钢(SUS304L)作为初始金属材料在氢和氩的混合气体氛围下生产出多孔体中孔隙率和氢气分压/氩气分压之间的关系。该曲线图显示出在氩气分压随着例如保持在0.6MPa下的氢气压力而增加时，气泡体积即孔隙率降低。而且，当总气体压力保持恒定时，孔隙率随着氢气分压的增加而增加。

通过如上所述一样熔融初始金属材料然后冷却熔融金属以进行固化，由于已经溶解在液相中的气体的分离，在固相中在固相和液相之间的界面附近形成气泡。根据采用悬浮区域熔炼方法的本发明的过程，金属材料受到连续冷却，同时金属材料运动。因此冷却速度沿着金属的纵向方向大致恒定。因此，能够在纵向方向上控制孔隙形状、孔隙直径等，由此能够获得沿着纵向方向延伸的具有均匀孔隙的多孔体。

在该情况中，能够通过改变初始金属材料的运动速度来控制多孔体的孔隙直径。更具体地说，通过更高的初始金属材料的运动速度实现的更高的冷却速度防止了气泡主动合并以变得粗大。因此，能够获得具有直径较小的孔隙的多孔体。

初始金属材料的运动速度没有特别限制，并且可以通过考虑所使用的初始金属材料的尺寸、所要求的孔隙直径等来确定，以便获得适当的冷却速度。通常，运动速度在大约10μm/秒至10000μm/秒的范围内。

另外，在对熔融金属部分进行强迫冷却以便固化时，整个金属与在受到自然冷却时相比能够更快速地冷却。因此，抑制了孔隙在金属体内部扩大，并且确保了形成直径更小的孔隙。具体地说，即使在使用导热性较低的金属，以适当确定的冷却速度进行强迫冷却使得能对金属体内部进行快速冷却，由此能够形成均匀的孔隙。

强制冷却方法没有特别限制，能够采用各种方法，包括通过吹气进行冷却的方法；通过与水冷套管接触来进行冷却的方法，在水冷套管中形成有与初始金属材料的外形对应的内表面；以及通过与位于初始金属材料的一个或两个端部处的水冷却块接触来进行冷却的方法。在图6中，左边视图示意性地显示出通过吹气来进行冷却的方法，而右边视图示意性地显示出使用水冷套管来进行冷却的方法。吹气方法例如包括在使已经保留在设备底部处的低温大气循环流动的同时用于向所要固化的部分吹送高压气体的方法。

当采用这种方法来进行强制冷却时，与金属体的运动速度无关地保持大温度梯度。因此，冷却速度随着运动速度的增加而增加，由此能够获得具有直径更小的孔隙的多孔体。

图7为一剖视图，局部显示出分别在初始金属材料的运动速度为160μm/秒和330μm/秒的条件下生产出的金属多孔体；一个通过吹气进行强制冷却而另一个不是。采用不锈钢(SUS304L)作为初始金属材料在2.0MPa氢气氛围以及1430至1450℃的熔融温度下生产出这些多孔材料。

从图7中可以看出，初始金属材料运动速度上升产生出这样一种趋势，即孔隙直径减小并且孔隙率下降。具体地说，吹气方法强烈加强了这种趋势。

而且，根据本发明的方法，必要的话，可以在通过悬浮区域熔炼方法来使初始金属材料熔融之前使初始金属材料脱气。可以通过将多孔体的初始金属材料放在气密容器中并且在室温至低于金属熔点的温度下使之保持在减压下进行脱气过程。该过程降低了包含在金属中的杂质量，因此能够获得更高品质的金属多孔体。

在脱气步骤中的减压条件随着所使用的初始金属材料的类型、所要从初始金属材料中除去的杂质组分(例如氧气、氮气和氢气)等变化。该压力通常大约为7Pa或更低，优选为7Pa至7×10^-4Pa。如果减压不够，则剩下的杂质会损害该金属多孔体的耐腐蚀性、机械强度、韧性等。相反，过大的压力降低在一定程度上改善了所得到的金属多孔体的性能，但是大大增加了生产以及操纵该设备的成本，因此并不理想。

在脱气期间初始金属材料所保持的温度在室温和低于初始金属材料的熔点的温度之间，并且优选为低于熔点大约50℃的温度至低于熔点200℃的温度。

在脱气步骤期间金属的保持时间可以根据包含在金属中的杂质类型和数量、所需要的脱气程度等来适当确定。

图8为一剖视图，示意性地显示出根据本发明的方法用来生产金属多孔体的设备的一个示例。

如下所述一样使用在图8中的设备来生产金属多孔体。最初，驱动真空泵(未示出)通过排气管4来将气密容器1抽真空。然后通过供气管5将溶解气体和惰性气体导入到其中直到在气密容器1内的压力升高至预定气压。气密容器通过密封件2和3等气密封闭。

所导入进气密容器1中的气体的类型和压力可以根据所要求的孔隙率等来适当确定，这可以例如根据如图5中所示的在孔隙率和初始建立的气压之间的关系来估计。

使用安装在该生产设备上的运动机构(未示出)以预定的运动速度将初始金属材料6导入进气密容器1中，然后通过加热装置例如高频加热线圈7加热至连续部分熔融。在环境氛围中的溶解气体溶解进熔融金属部分中。

然后对以预定速度向下运动并且已经通过设有高频加热线圈7等的加热区域的初始金属材料6进行冷却，从而从熔融状态改变至固化状态。

在图8中所示的设备设有以下三种用于对已经通过加热部分的初始金属材料6进行冷却的冷却机构：一种机构，其中通过设在气密容器中1内的吹风机8来使在容器中的气体循环流动并将气体从吹风管9A和9B吹到初始金属材料上；另一种机构，用于通过使用设在气密容器1的底部处的冷却单元10来使冷却水循环穿过水冷循环管11和12来冷却初始金属材料的端部；以及另一种机构，用于通过使用设置在初始金属材料周围的环形水冷套管13来使循环水循环穿过水冷循环管14和15来进行接触冷却。在图8中所示的设备中，根据所要求的孔隙形状、孔隙直径、孔隙率等，能够采用这些冷却机构中的至少一种，或者相反，能够使用自然冷却。

在固化金属中，由于溶解气体与熔融金属分离形成气泡。这些气泡在金属固化时沿着纵向方向延伸，由此产生出具有许多孔隙的金属多孔体。

通过密封件3从该设备中将所生产的金属多孔体取出。这就完成了生产过程。

如上所述，本发明的方法提供了这样一种金属多孔体，其中形成有沿着纵向方向延伸的均匀微孔。根据本发明的方法，即使在使用导热性较低的材料例如钢、不锈钢、镍基超合金等时也能够按要求控制孔隙形状、孔隙率等。因此，本发明的方法具有很大的实用性。

通过适当确定熔融温度、所使用的溶解气体的类型和压力、惰性气体的混合比、初始金属材料的运动速度、冷却条件等能够按要求控制在所生产的金属多孔材料中的孔隙形状、孔隙直径、孔隙率等。通常，能够将孔隙直径控制在大约为10μm至10mm的宽范围内。另外，能够生产出具有孔隙直径为大约10μm或更小的微孔的多孔体。而且，孔隙率能够按要求在大约80％或更小的范围内选择。

根据本发明的方法，当使用铁基金属例如工业用纯铁、碳钢、不锈钢、Fe-Cr合金、铸铁等作为初始金属材料，并且使用氮气作为溶解气体时，所生产出的金属多孔体具有极高的拉伸强度、压缩强度等。这种多孔体在作为轻型高强度金属材料方面具有很大的实用性。而且，由于采用氮气作为溶解气体能够在生产中实现较高的安全性，因此该生产方法非常实用。

通过采用氮气作为溶解气体来获得这种高强度铁基多孔材料的原因如下。即，根据本发明的方法，溶解的氮气与含铁金属形成固溶体。因此，所得到的金属多孔体由于除了形成有均匀的微孔之外还形成有这种固溶体并且氮气在该多孔材料中分散而得到强化。

工业实用性

根据本发明的金属多孔体生产方法，能够很容易控制孔隙形状、孔隙直径、孔隙率等。另外，即使使用导热性较低的初始金属材料，也能够获得具有沿着纵向方向延伸的均匀微孔的金属多孔体。

所生产出的金属多孔体是轻型的，并且具有高比强度(强度/重量)、优异的可机加工性、可焊接性等。根据本发明的金属多孔体由于这种独特结构和优异的特性所以可能够在广泛的领域中。

具体地说，在氮气氛围下生产出的铁基合金多孔体非常有效地作为轻型高强度铁材料。

根据本发明生产出的多孔体的用途示例有氢存储材料、防震材料、震动吸收材料、电磁屏蔽材料、在各种结构(主结构材料、用于运输装置例如汽车、轮船、飞机等的发动机部件和其它部件、用于火箭发动机或喷气发动机的陶瓷支撑件、用于太空设备的轻型面板、机床部件等)中的零部件和结构部件、医疗应用材料(例如人造关节、假牙等)热交换材料、热沉材料、隔声材料、气体/液体分离材料、轻型结构部件、自润滑轴承材料、静压轴承、过滤器、在气体/液体反应中的吹气材料等等。根据本发明的金属多孔体不限于上面的用途，而是同样能够用在各种其它用途中。

实施本发明的最佳方式

下面将参照实施例对本发明进行更详细地说明。

实施例1

采用纯度为99.99％的铁作为初始金属材料并且采用在图8中所示的设备来生产出各种孔隙率不同的金属多孔体。作为初始金属材料，采用直径为10mm并且长为1000mm的圆柱形材料。

将氮气或氢气作为溶解气体提供进该设备中，并且必要时另外提供氩气以便控制孔隙率。

将初始金属材料的运动速度设定为160μm/秒。采用高频加热线圈作为加热装置，并且将熔融部分的温度保持在1555℃。

图9为一曲线图，显示出所获得的金属多孔材料的孔隙率和拉伸屈服应力之间的关系。图10为一曲线图，显示出孔隙率和拉伸强度之间的关系。在图9中的曲线图显示出在沿着与孔隙生长方向平行的方向的拉伸屈服强度上的测量结果。在图10中的曲线图显示出在沿着与孔隙的生长方向平行的方向的拉伸强度上的测量结果。

下表1显示出针对如在图9和10中所示的金属多孔材料中的一些材料的在溶解气体/惰性气体的压力和平均孔隙率之间关系。

表1

压力条件(MPa)			平均孔隙率(％)
压力条件(MPa)				N₂压力	H₂压力	Ar压力
1.0	-	1.5		N₂压力	H₂压力	Ar压力	35.1
1.0	-	1.5	2.0	-	0.5	40.5	35.1
2.5	-	0	2.0	-	0.5	40.5	42.8
2.5	-	0	2.0	-	0	44.2	42.8
-	2.0	0.5	2.0	-	0	44.2	52.0
-	2.0	0.5	-	2.5	0	48.2	52.0

从图9和10中可以看出，当在氮气氛围下采用铁作为初始金属材料生产出金属多孔体时，与在氢气氛围下生产出的金属多孔体相比获得高强度多孔体。

更详细地说，即使在该多孔材料体具有40％的孔隙率时，在氮气氛围下生产出的金属多孔体也具有与没有任何孔隙的铁材料基本上相同的拉伸强度。因此，这种金属多孔体作为轻型高强度铁材料非常有用。

Claims

1.一种生产金属多孔体的方法，该方法包括：

在气体氛围下通过悬浮区域熔炼法连续熔融部分初始金属材料同时使该材料运动，从而将气体溶解进所得到的熔融金属区域中；并且

通过冷却使熔融金属区域连续固化。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在包含有所要溶解气体的氛围下熔融所述初始金属材料，该气体为选自氢、氮、氧、氟和氯中的至少一种。

3.如权利要求1所述的方法，其中，初始金属材料在所要溶解的气体和惰性气体的混合气体氛围下溶解。

4.如权利要求1所述的方法，其中，初始金属材料为铁、镍、铜、铝、镁、钴、钨、锰、铬、铍、钛、银、金、铂、钯、锆、铪、钼、锡、铅、铀或包含有这些金属中的一种或多种的合金。

5.如权利要求1所述的方法，其中，初始金属材料的熔融温度在其熔点温度到高于该熔点500℃的温度的范围内。

6.如权利要求1所述的方法，其中，初始金属在以1至100rpm的转速转动的同时运动。

7.如权利要求1所述的方法，其中，采用自然冷却或强制冷却来通过冷却使熔融金属固化。

8.如权利要求7所述的方法，其中，利用选自通过吹气进行冷却的方法、通过与冷却套管接触来进行冷却的方法以及通过与位于初始金属材料的一个或两个端部处的冷却块接触来进行冷却的方法中的一种或多种方法来对熔融金属进行强制冷却。

9.如权利要求1所述的方法，其中，在通过悬浮区域熔融方法来使初始金属材料熔融之前，在从室温至低于金属熔点的温度的范围内的温度下将初始金属材料保持在减压下，由此使该初始金属材料脱气。

10.由如权利要求1至9所述的任一种方法获得的金属多孔体。

11.如权利要求10所述的金属多孔体，其中，采用铁基金属作为初始金属材料，并且采用氮作为所要溶解的气体。