电沉积泡沫铜孔径与渗透性能的关系研究.pdf

　３０　　　　材料工程／２０１０年６期　　电沉积泡沫铜孑Ｌ径与渗透性能的关系研究　　　　　　　　　　　ＥｆｆｅｃｔｏｆＰｏｒｅＳｉｚｅｏｎＰｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄＣｏｐｐｅｒＦｏａｍ　　　　乔瑞华，赵鹏，朱黎冉，浦玉萍　　　　　　（钢铁研究总院，北京１０００８１）　　　—　—　ＱＩＡＯＲｕｉ－ｈｕａ，ＺＨＡＯＰｅｎｇ，ＺＨＵＬｉｒａｎ，ＰＵＹｕｐｉｎｇ　　　　　　　（ＣｅｎｔｒａｌＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ）　　　　　　　　　　　摘要：以电沉积方法制备了孔隙率相同的５种不同孔径的泡沫铜，采用统计的方法测得孔径尺寸并通过扫描电子显微　　　　　　　　　　　　　镜（ＳＥＭ）对其结构与形貌进行观察，在ＰＢＲ～１型渗透性测定仪上测定单向稳态气流通过泡沫铜时产生的压降，计算材　　　　　　料的渗透性能参数及其与孔径间的关系。研究结果表明，在实验流速范围内，流体通过泡沫铜产生压差随流速的变化遵　　　　　　　　　　循Ｆｏｒｃｈｈｅｉｍｅｒ定律，即压差随流速的增大而增大，与流速呈二次方关系，流动状态属于层流～紊流转捩区，即有局部紊　　　　　　　　　　　　　　流存在的层流态。实验测算出了５种不同孔径ｄ泡沫铜的渗透性能参数（渗透率Ｋ、惯性系数Ｋｚ及形状系数厂），分析　　　　　　　　　　　　　　　了各参数随孔径ｄ改变的变化趋势，确定孔径与渗透性能间关系的有关参量，获得电沉积泡沫铜在层流一紊流转捩区的　　　　　孔径一渗透性经验方程，对电沉积泡沫铜的设计、制备及在相关应用领域的应用具有实际意义。　　　　　　　关键词：泡沫铜；孔径；渗透率；惯性系数；形状系数　　　　　中图分类号：ＴＢ３８３　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　文章编号：１００１－４３８１（２０１０）０６－００３０～０６　　　　　　　　　　　　　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣｏｐｐｅｒｆｏａｍｓｗｉｔｈｓａｍｅｐｏｒｏｓｉｔｙｂｕｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｒｅｓｉｚｅｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｅＩｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　　　　　　　　　　　　　—　ｍｅｔｈｏｄ，ｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｅｒｅｏｂｓｅｒｖｅｄａｎｄｐｏｒｅｓｉｚｅｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭｉｃｒｏ　—　　—　　　　　　　　　—　ｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ），ｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐｓｔｏｃｈａｎｇｉｎｇｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆａｉｒｆｌｏｗｗｅｒｅｍｅａｓ　　　　　　　　　　　　　　—　ｕｒｅｄｂｙＰＢＲ一１ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｔｅｓｔｅｒ，ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅ　　　　　　　　　　　—　　ｓｕｉｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙｒａｎｇｅ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐｓａｎｄ　　　　　　　　　　　　　ｆｌｏｗｉｎｇｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓｆｏｌｌｏｗｅｄＦｏｒｃｈｈｅｉｍｅｒｅｑｕａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｍｅａｎｓｔｈｅｆｌｏｗｓｔａｔｅｂｅｌｏｎｇｔｏｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　　　　　　　　　　　　　　—　ｓｔａｔｅｂｅｔｗｅｅｎｓｔａｔｉｃｆｌｏｗａｎｄｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗ．ＴｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｈａｒａｃｔｅｒｓａｓｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙＫｌ，ｉｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｅｒｔｉａｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔＫ２ａｎｄｆｏｒｍｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｆｆｏｒ５ｔｙｐｅｓｏｆｃｏｐｐｅｒｆｏａｍｗａｓｄｅｄｕｃｅｄ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｐｏｒｅ　　　　　　　　　　　　　　　ｓｉｚｅｄｏｎｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｈａｒａｃｔｅｒｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅｅｍｐｉｒｉｃａｌｅｑｕａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｏｒｅｓｉｚｅａｎｄ　　　　　　　　　　　　　　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄｃｏｐｐｅｒｆｏａｍｉｎｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓｔａｔｅｂｅｔｗｅｅｎｓｔａｔｉｃｆｌｏｗａｎｄｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗ　　　　ｗａｓｓｅｔｕｐ．　　　　　　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｐｐｅｒｆｏａｍ；ｐｏｒｅｓｉｚｅ；ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ；ｉｎｅｒｔｉａｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｆｏｒｍｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　　　　　　　　　　　随着对泡沫金属研究的深入，人们将目光逐步转　　　向应用研究。利用泡沫金属的高孔隙率、高比表面积　　　　　　　　　　　　　　和曲折不规则的流体通道的特征，该材料在热交　　　　　　换ｒ１］、电极材料、吸声降噪］、及催化剂载体一等　　　　　　　　　　　　　　领域具有明显的优势，极大地提高了流体与材料之间　传热与传质的效率，而这些应用前景与性能特点究其　　　　　　　　　　　　　　根本与通孔泡沫金属的渗透性能相关。孔径、孔隙率　　　　　　　　　　　　　　　是泡沫金属最基本的结构参数，其大小直接关系到材　　　　　　　　　　　　　　　　　料的比表面积和流体通过时的压差【，前人在研究　　泡沫金属的渗透性时，较多的研究了孔隙率对渗透性　　　能的影响　　　　　　　　　　　　，而孔径对渗透性的影响，尤其是高孔　隙率时孔径对渗透性的影响的研究相对较少。本研究　　采用电沉积法制备高孔隙率的泡沫铜，探讨孑Ｌ径与电　　　　　　沉积泡沫铜渗透性能的关系。　　　　　１实验方法　　　　１．１设备及原材料　　　　　　　　主要仪器设备：ＳＭＤ－３０型数控双脉冲电镀电　　　　源；ＹＤ一１０型阴极移动装置；ＪＪ一１型定时电动搅拌器；　　　　　　　　　　　ＨＪ一３型恒温磁力搅拌器；ＫＱ一２５０ＴＤＥ型高频超声波　　—　　　　　　　　发生器；ＳＸ４１０型箱式电阻炉；高温氢气烧结炉；　　　　　　　　　　　　ＦＡ２１０４Ｎ电子天平；Ｓ一４３００场发射扫描电子显微镜；　　　　　　ＰＢＲ～１气泡法多孔材料测试设备。　　　　　　　　　　　　　　　原材料包括：５种孔径规格的开孔聚氨酯泡沫塑　　　　　　　　　　　　　　　　料；电解铜板，纯度９９．９，市售；化学试剂主要有硫　　　　　　　　　　酸铜（化学纯），乙二胺四乙酸二钠（分析纯），酒石酸钾　　　　　　　　　　　　　　　钠（分析纯），甲醛（质量分数３６），焦磷酸铜（工业　　　　　　　　　　　品），焦磷酸钾（工业品），柠檬酸三钠（分析纯）。　　　电沉积泡沫铜孔径与渗透性能的关系研究　３１　　　　　１．２试样制备过程　　　　　　　　　　　　　　　　以不同孑Ｌ径的聚氨酯泡沫为基体，采用文献［１５，　　　　　　　　　１６］中在聚氨酯表面超声波辅助化学镀铜及电沉积铜的　　　　　　　　　　　方法，通过控制沉积时间得到孔隙率相同的５种不同孔　　　　径的泡沫铜材料。试样的具体制备过程如图１所示。　　　　　图１试样的制备流程图　　　　　　　Ｆｉｇ．１Ｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓａｍｐｌｅｐｒｅｐａｒｉｎｇ　　　　　　　　　　　　　采用线切割加工方式，将泡沫铜加工成１５ｍｍ×　　　　　　　　　　１５ｍｍ的圆柱状试样，以供检测使用。　　　　１．３检测方法　　　　　　１．３．１孔径统计及结构观察　　　　　　　　　　　采用统计的方法测算孔径尺寸，并通过Ｓ一４３００场　　　　　　　　　　　发射扫描电子显微镜观察材料的结构及形貌。　　　１．３．２渗透性能　　　　　　　　　　　　　　　　　通孔泡沫金属的渗透性能相关参数主要包括，流　　　　　　　　　　　　　　　　体在不同流速下流经多孔材料时产生的压力差、渗透　　　　　　　　　　　　　　　　率、惯性系数和形状系数等参数。在单向稳态流体条　　　　　　　　　”　　　　件下，采用ＰＢＲ一１型气泡法渗透性测定仪测定试样　　　　　　　　　　　　　　　　　的渗透性能（如图２所示），试样为片状和管状，流体　　　　　　　　　　　　　　（气体）按照图示的路径通过样品，气体的流量Ｑ采用　　　　　　　　　　　　　ＬＺＪ转子流量计监测，并通过阀门进行控制；样品的上　　　　　　　　　　　　　　　　　端处于稳定的常压（一般为大气压）下，下端为样品室　　　　　　　　　　　　　　　　　的压力，由于Ｕ形管压力计的右端为大气压，左端与　　　　　　　　　　　　　　　样品室连通，因此，样品两端的压差Ａｐ即为Ｕ形管压　　　　　　　　　　　　　　　　力计读数。调节气体流量，测量流体通过样品时产生　　　　　　　　　　　　　的压力差值，通过数据计算得出样品的渗透率、惯性系　　　　　　数和形状系数等参数。　　　２结果与讨论　　　　２．１微孔孔径及形貌　　　　　　　　　　　　　　　　电沉积法制备的泡沫金属材料，其结构参数强烈　　　　　　　　　　　　　　　　　依赖于聚氨酯基体的结构，其孑Ｌ径一般沿用聚氨酯泡　　　　　　　　　　　　　　　沫塑料孑Ｌ规格的方式进行描述，以每英寸长度上孔的　　　　　　　　　　　　　　个数（ＰｏｒｅｓＰｅｒＩｎｃｈ，ｐｐｉ）来表征。但考虑到制备过　　　　　　　　　　　　　　　　　程中孔径变化与数据处理过程的科学化，本研究采用　Ｆｌｕｉｄｆ　ｌｏｗ　　　　图２测量仪器气路流程图［１７］　　　　　　　　　　　Ｆｉｇ．２Ａｉｒｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｔｅｓｔｅｒ￣］　　　　　　　　　　　　　　　　统计的方法得到泡沫铜试样的平均孔径，５种规格的　　　　　　　　　　　聚氨酯泡沫塑料经电沉积制成泡沫铜后的孔径值如表　　　１所示。　　　　表１试样的孔径尺寸　　　　　　　Ｔａｂｌｅ１Ｐｏｒｅｓｉｚｅｏｆｓａｍｐｌｅｓ　０．３１８　０．３６３　０．５６４　０．９０７　２．５４０　’　　　Ｎｏｔｅ：Ａｌｌｓａｍｐｌｅｓｐｏｒｏｓｉｔｉｅｓａｒｅ９６　　　　　　　　　　　通过采用日立Ｓ～４３００扫描电子显微镜（ＳＥＭ）对　　　　　　　　　　　　　　　　　　沉积制备的泡沫铜结构及形貌进行观察，结果如图３　　　　　　　　　　　　　　　　　所示。从图３可见，采用电沉积法制备的泡沫铜呈现　　　　　　　　　　　　　　　　三维网状结构，骨架连接成类似于十四面体的结构单　　　　　　“　”　　　　　元；孔组成十四面体的窗口，孔之间相互连通。这种　结构对流经流体产生有效扰动，使其在十四面体里得　　　　　　　　　　　　　　　　到充分的混合；提升了流体与金属骨架间能量与物质　　　　　　　　　　　　的交换效率；同时，不规则排列的结构和骨架表面的粗　　　　　　　　　　　　　　　　　　糙度造成了微观的流动阻力，从而产生了流体通过材　　　　　料时的压差。　　　　２．２流速与压差　　　　　　　　　　　　测量的系列流速与压差列于表２中。用表２的结　　　　　　　　　　　　　　　　果绘制单位距离上产生的压差与流速的关系图（见图　　　　　　　　　　　　　　　４），可直观地反映流体以不同的流速通过不同孔径泡　　　　　　　　　　　　　沫铜时的渗透特征。从图４可以看出，随流速Ｕ增加，　　　　　　在单位距离上所产生的压差ｅｘＰ／ａ增大；流体以相同　　　　　　　　　　　　　　　流速通过不同孔径的试样时，单位压差随着孔径的增　　　　　　　　　　　　　　　大而减小。小孔径试样引起的压差较为显著，而大孑Ｌ　　　　　　　　径试样所引起的压差较小。　　　　　　　　　　　　　　相关研究证明［９１４］，泡沫金属的孔径较大，比实　　　验流体的平均自由程大很多，不需要考虑流体通过多　　　　电沉积泡沫铜孔径与渗透性能的关系研究　３３　　　　　　　　　　　　　　Ｐａｅｋ等ｎ盯以压缩空气为实验流体，研究了流体　　　　　　　　　　　　　　　　通过泡沫金属铝（孔隙率８９％～９６，孑Ｌ规格１Ｏ，　　　　　　　　　　　　　　　２０ｐｐｉ和４０ｐｐｉ）时压差与流速之间的关系，发现０～　　　　　　　　　　　　　　—　４ｍ／ｓ的流速范围内，压差与流速的关系遵循Ｆｏｒｃｈ　　　　ｈｅｌｍｅｔ定律，并用该定律计算了实验材料的渗透率和　　　惯性系数。Ｎ．Ｄｕｋｈａｎ等口ｕ采用经单方向压缩后的　　　　　　　　　　　　　　　　　　泡沫铝试样进行研究，结果发现在本研究讨论的流速　　　　　　　　　　　　　范围内其实验材料的压差与流速亦遵循Ｆｏｒｃｈｈｅｉｍｅｒ　　　定律。　　　　　　　　　　　　　　　当流速继续升高时，流体通过泡沫金属的流动状　　　　态完全进入紊流状态，能量损失全部由惯性损失引起，　　　　　　　　　　　　　压差一流速关系不再符合Ｆｏｒｃｈｈｅｉｍｅｒ定律，此时的流　　　　　　　　　动规律较复杂，相关研究也较少。　　　　　　　　　　　为判定本研究中流体通过电沉积法制备泡沫铜具　　　　　　　体的流动状态，变换式（２）可得：一　　＋　（３）“　，　　’　　ＫＫ，一…　　　　　　　　　　　　　进行相关数据处理，得到Ａｐ／ａｕ与Ｉｔ．的关系如图　　５所示。　　　　“　　　　　　　由图５可见，Ａｐ／ａｕ与呈良好的一次线性关系，　　　　　　　　　　　　　可依此判定在实验流速范围（１．０～４．８ｍ／ｓ）内，压差一　　　　流量关系符合Ｆｏｒｃｈｈｅｉｍｅｒ定律，流动状态处于层流一　　紊流转捩区，即有局部紊流存在的层流状态，仍未完全　　　　　进人紊流区域。　　　　“　图５Ａｐ／Ｓｕ与的关系　　　　　　“　Ｆｉｇ．５ＴｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎＡｐ／Ｓｕａｎｄ　　　　　　　　２．３渗透军与惯性系数　　　　　　　　　　　　　　对图５所示和Ｕｉ的曲线进行线性回归，计算　　０ｕ，　　　　　截距Ａ和斜率Ｂ。实验条件下温度和大气压恒定，氮　　　　　　　　　　　　气黏度恒定不变，取为一１７．８１２／￣Ｐａ・Ｓ，忽略氮气　　　　　　—　　　密度ｌ０随压强的变化，取为ｌ０１．２５ｇ・ｄｍ。可由变　　　　　　换式（４），（５）计算出渗透率Ｋ和惯性系数Ｋ，结果　　　列于表３。　　Ｋ一筹　（４）　Ｋｚ一旨　（５）　　　　　　表３不同孔径试样的渗透率和惯性系数　　　　　　　　　　　　　Ｔａｂｌｅ３Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｉｎｅｒｔｉａｌｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｆｏｒｓａｍｐｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｒｅｓｉｚｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏｔｅ：Ａｌｌｄａｔａａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｎｉｔｒｏｇｅｎｖｉｓｃｏｓｉｔｙ＝１７．８１２／ａＰａ・ｓａｎｄｄｅｎｓｉｔｙＰ一１．２５ｇ・ｄｍ一。　　　　　　　　　由表３可见，Ｋ在１０～１０　　　　　　　　　　　　Ｋ。在１０～１０ｍ范围内分布。　　　　　ｍ。范围内分布，　　　２．４形状系数　　　　　　　　　　　　　　孔径对渗透率与惯性系数的影响均较为显著，且　　　　　　　　　　　　　　　　　　　随孔径增大，材料的渗透率Ｋ和惯性系数Ｋ均增　　　　　　　　　　　　　　大，如图６（ａ），（ｂ）所示。分析发现，如图６（ｃ）所示，　　　　　　　　　　　　　　　—　Ｋ。与ｄ呈良好的一次线性相关关系，这与Ｂｈａｔｔａ　　　　　　　　　　　ｃｈａｒｙａｌｌ１。及Ｆｏｕｒｉｅ和ＤｕＰｌｅｓｓｉｓ朝的研究结果一致，　“”　　　　即在孔隙率、孑Ｌ结构曲折率相同的情况下，Ｋ。与ｄ一　　　　　　次线性相关。进行线性回归可得，对于孔隙率同样　　　　　　　　　　　　　　　　为９６左右的泡沫金属，渗透率与平均孔径存在以下　　　　数值对应关系：　　　Ｋ一７．８１×　　　　　１０ｄ一２．２１×　　１０　（６）　　　　　　　　　　　　在对泡沫金属渗透性能的研究过程中，对于式（２）　　　　　　　　‘”　　　　　　　所描述的Ｆｏｒｃｈｈｅｉｍｅｒ定律，研究Ｉ１。。多引入形状　　　　　　系数厂，并采用式（７）进行表述：Ａｐ　一“　　　　“　＋』。　（７）　Ｄ　　Ａｌ√　　Ｋ１　　　关于式中的形状系数，，研究普遍将其作为泡沫金属　　　　　　　　　　　　　　　　　渗透特性的基本参量，并认为与Ｋ相同，都是强烈　　　　　　　　　　　　　　受多孔材料结构影响的参数。但关于进一步的影响机　　　　　　制，却存在颇多争论。Ｐａｅｋ等通过实验发现，对于　　　他们测试所用的多种孔径、孔隙率的通孔泡沫铝，－厂不　　　　　　　　　　——　　　受孔径、孔隙率影响，而只与孔形状参数曲折因数　　　　　　　　　　　ＯＯＯＯ００ＯＯＯＯＯ∞　∞　∞　∞　∞　∞　∞　∞　∞　∞　∞　　加¨　　　　　　　加８６４２　３４　　　材料工程／２０１０年６期　　　　　　　图６渗透率Ｋ、惯性系数Ｋ。与孔径ｄ的关系　　　　　（ａ）Ｋ１与ｄ；（１））Ｋ２与ｄ；（ｃ）Ｋｌ与ｄ　　　　　　　　　Ｆｉｇ．６Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ（Ｋｆ）ａｎｄｉｎｅｒｔｉａｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ（Ｋｚ）　　ｐｏｒｅｄｉａｍｅｔｅｒ　　　　　　　　　（ａ）Ｋｌａｎｄｄ；（ｂ）Ｋ２ａｎｄｄ；（ｃ）Ｋｌａｎｄｄ　　　　　　　　有关，厂为常数０．１０５。而Ｂｈａｔｔａｃｈａｒｙａ及Ｆｏｕｒｉｅ　　　”　　　　　　　　和ＤｕＰｌｅｓｓｉｓ却认为在孔隙率ｅ、曲折因数？［不变的　　　　　　　情况下，与ｄ成反比。　　　　　　　　对比式（３）和式（７），可由式（８）计算本研究所测试　　　　　　　　的材料的形状系数，列于表４中。　厂一　（８）　　　　　　　　　表４不同孔径试样的形状系数　　　　　　　　　　Ｔａｂｌｅ４Ｆｏｒｍｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｒｅｓｉｚｅｓａｍｐｌｅｓ　　　　　　　　　　　　　由表４结果可见，本研究所得各孑Ｌ径材料的形状　　　　系数厂与Ｐａｅｋｎ四的实验结果（．　　　厂一０．１０５）处于同一数　　　　　　　　　　　　　　量级且相差不大。但随孔径增大，－厂存在逐渐减小的　　　　　　　　　趋势，这与Ｂｈａｔｔａｃｈａｒｙａ［ｊ及Ｆｏｕｒｉｅ和ＤｕＰｌｅｓｓｉｓ口。　　　　　　　　　　　　　　　　关于，与ｄ成反比的结论相近，处理数据并做出１／ｆ　　　　　　　　　　　　与ｄ的关系图（如图７所示），进行一次线性回归，发现　　　　　　与ｄ近似存在如下关系：　　　１／ｆ一１．０８ｄ＋４．８６　（９）　　　　　　　　　　　　　　关于形状系数，的实验结果与前人研究具有共同点　　　但并不完全一致的具体原因，以及对形状系数＿厂影响　　　因素的探讨，有待在更大量的实验与综合考虑实验误　　　　　　差的下一步研究工作中进行。　　　　　　　２．５电沉积泡沫铜孔径一渗透性经验方程　　　　　　　　　通过选材和控制制备工艺实现特定结构参数的泡　　　　　　　　　　　　　　　　沫金属产品。而建立孔径、孔隙率等结构参数与渗透　　　性能之间的关系模型，这对于面向不同的设计要求，确　　　　　　图７形状系数，与孔径ｄ的关系　　　　　　　　　　　Ｆｉｇ．７Ｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｆｏｒｍｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｆａｎｄｐｏｒｅｓｉｚｅｄ　　　　　　　　定相关的制备工艺具有指导意义。　　　　　综上所述，将所讨论的渗透系数Ｋ与形状系数厂　　　　　　代入式（６），可得相同孑Ｌ隙率（９６）材料的孔径一渗透　　　　　　性能的经验方程：　—　　一　＋　、　　　瓦Ｆ　０８ｄ６甜。　（１ｏ）（７．　　　　８１一２．２１）（１．　　　＋４．８）一…　　　　　　３结论　　　　　　　　　　　　（１）电沉积泡沫铜材料随流体流速的增大两侧压　　　　　　　　　　　　　　　差增大，流体以相同流速流经材料引起的压差随孔径　　　　的增大而减小。　　　　　　　　　　　（２）孔隙率均为９６、孔径在０．３１８～２．５４０ｍｍ　　　范围内的泡沫铜，当流体以１．０～４．９ｍ／ｓ范围流速流　　　　经时，压差一流速关系遵循Ｆｏｒｃｈｈｅｉｍｅｒ定律，即单位　　　　　　　　　　　压差与流速呈现二次方的关系，流动状态处于层流一紊　　　　　　　　　　流转捩区域，即局部紊流存在的层流态。　　　　　　　　　　　　　　（３）电沉积泡沫铜材料渗透率Ｋ在ｌＯ～　　　　　　　　　　　　　　　　　１０ｍ范围内分布，惯性系数Ｋ在１Ｏ一～１０ｍ范　口　　　Ｏ口驴×　　Ｘ××××××　　×　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　８６４２ＯＯＯＯＯ●　　　　　　　　　　　　　　１８６４２　　宣　　　　　Ｏ０　　　　　　　　　　ＯＯ００×　×　×　×　×　×　×　×　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　６４２０Ｏ０００　　　　　１１　　　　　　　　　　　８６４２　ｇ＼×　　×　　　　　　ＸＸ×　　××　　　　Ｘ×　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５Ｏ５Ｏ５０５ＯＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　４４３３２２　　　　　ｌ５　＃～一）ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　电沉积泡沫铜孔径与渗透性能的关系研究　３５　　　　　　　　　　　　　　围内分布，随孔径增大，Ｋ与Ｋ。均增大，Ｋ与ｄ呈一　　　　次线性相关。　　　　　（４）孔隙率相同、不同孔径材料的形状系数．　厂处　　　　　　　　　　　　　　于同一数量级但并非固定常数，而是随孔径增大厂逐　　　　　　渐减小，对形状系数．　　　　　　　　　　厂的影响因素的探讨有待下一步　　　　　　研究工作的开展。　　　　　　　　　　　　　　　　（５）确定了适于电沉积泡沫铜孔径与渗透性能问　　　　　　　　　　　　　　　　关系的有关参量，导出了电沉积泡沫铜在层流一紊流转　　　　　　　　　　　　　　　　捩区的孑Ｌ径一渗透性经验方程，对电沉积泡沫铜的设　　　　　　　　　　　　　　计、制备及在相关应用领域的应用具有实际意义。　［１］　Ｅ２］　［３］　Ｅ４］　Ｅ５］　［６］　Ｅ７］　参考文献　　　　　　　　　　　ＬＵＴＪ，ＳＴＯＮＥＨＡ，ＡＳＨＢＹＭＦ．Ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｉｎｏｐｅｎｃｅｌｌ　　　—　ｍｅｔａｌｆｏａｍｓＥＪ］．Ａｃｔａｍａｔｅｒ，１９９８，１０（４６）：３６１９３６３５．　　　　　　　　　　　　ＢＨＡＴＴＡＣＨＡＲＹＡＡ，ＭＡＨＡＪＡＮＲＬ．Ｍｅｔａｌｆｏａｍａｎｄｆｉｎｎｅｄ　　　　　　　　—　ｍｅｔａｌｆｏａｍｈｅａｔｓｉｎｋｓｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｃｏｏｌｉｎｇｉｎｂｕｏｙａｎｃｙｉｎｄｕｃｅｄ　　　　ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ＿ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＰａｃｋａｇｉｎｇ，２００６，３（１２８）：　　　２５９２６６．　　　　　　　　　　　ＬＥ０ＮＧＫＣ。ＪＩＮＬＷ．ＥｆｆｅｃｔｏｆｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｙｆｒｅｑｕｅｎｃｙＯｉｌｈｅａｔ　　　　　　　　　　ｔｒａｎｓｆｅｒｉｎｍｅｔａｌｆｏａｍｈｅａｔｓｉｎｋｓｏｆｖａｒｉｏｕｓｐｏｒｅｄｅｎｓｉｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｉｎ　　　　　　　ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅａｔａｎｄＭａｓｓＴｒａｎｓｆｅｒ，２００６，４９：６７１　６８１．　　　　　　　　　　　　　ＢｏｏＭＳＭＡＫ，ＰｏＵＩＩＫＡＫＯＳＤ，ＺＷＩＣＫＦ．Ｍｅｔａ１ｆｏａｍｓａｓ　　　　　　　ｃｏｍｐａｃｔｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｓ［Ｊ］．ＭｅｃｈａｎｉｃｓｏｆＭａ—　　ｔｅｒｉａｌｓ，２００３，１２（３５）：１１６１１１７６　　　　　　　　　　　　ＬＵＴＪ，ＫＥＰＥＴＳＭ，Ｄ０ＷＬＩＮＧＡＰ．Ａｃｏｕｓｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ　　　　　　　　　—　ｓｉｎｔｅｒｅｄＦｅＣｒＡｌＹｆｏａｍｓｗｉｔｈｏｐｅｎｃｅｌｌｓ（Ｉ）：Ｓｔａｔｉｃｆｌｏｗｒｅｓｉｓｔ　　　　　　ａｎｃｅ［Ｊ］．ＳｃｉｅｎｃｅｉｎＣｈｉｎａＳｅｒｉｅｓＥ：ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，—　　２００８，５１（１１）：１８０３１８ｌ１．　　　　　　　　　　　ＭＩＴ０ＶＭ．ＲＡＳＨＫ０ＶＲ，ＡＴＡＮＡＳＳＯＶＮ，ｅｔａ１．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆ　　　　　　　　——　——　ｎｉｃｋｅｌｆｏａｍｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｏｎｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｓｕｐｐｏｒｔｅｄＣｏＭｎＢ—‘　　　　　　——　ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｏｒｈｙｄｒｏｇｅｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｆｒｏｍｓｔａｂｉｌｉｚｅｄｂｏｒｏ　　　—　ｈｙｄｒｉｄｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＪＭａｔｅｒＳｃｉ，２００７，４２：３３６７３３７２．　　　　　　　　　　　ＹＵＨ，ＣＨＥＮＨＱ，ＰＡＮＭＱ，ｅｔａ１．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｍｅｔａｌｆｏａｍ　　　　　　　—　　ｍａｔｅｒｉａｌｓｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｍｅｔｈａｎｏｌｓｔｅａｍｍｉｃｒｏｒｅｆｏｒｍｅｒ　　　　　　ｆｏｒｆｕｅｌｃｅｌｌｓ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＣａｔａｌｙｓｉｓＡ：Ｇｅｎｅｒａｌ，２００７，３２７：　　　１０６ｌ１３．　　　　　　　　　—　［８］ＣＨＩＮＰ，ＳＵＮＸＬ，ＲＯＢＥＲＴＳＧＷ，ｅｔａ１．Ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｏｘｉｄａ　　　　　—　　　ｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｍｏｎｏｘｉｄｅｗｉｔｈｉｒｏｎｐｒｏｍｏｔｅｄｐｌａｔｉｎｕｍｃａｔａｌｙｓｔｓ　　　　　　　ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｏｎｍｅｔａｌｆｏａｍｓ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＣａｔａｌｙｓｉｓＡ：Ｇｅｎｅｒａｌ，—　　２００６，３０２：２２３１．　　　　　　—　　［９］ＤＥＳＰＯＩＳＪＦ，ＭＯＲＴＮＳＥＮＡ．Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｏｐｅｎｐｏｒｅｍｉｃｒｏ　　—　ｃｅｌｌｕｌａｒｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＭａｔｅｒｉａｌｉａ，２００５，５３：１３８１１３８８．　　　　　　　　　　　［１０］ＰＡＥＫＪＷ，ＫＡＮＧＢＨ，ＫＩＭＳＹ，ｅｔａ１．Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌ　　　　　　　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｆｏａｍｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．　　　　—　ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃｓ，２０００，２１（２）：４５３　４６４．　［１１］　　　　　　　　　ＤＵＫＨＡＮＮ．Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐｆｏｒｆｌｏｗ　　　　—　ｔｈｒｏｕｇｈｍｅｔａｌｆｏａｍＬＪ］．ＥｘｐＦｌｕｉｄｓ，２００６，４１：６６５６７２．　　　　　　　　［１２］ＢＨＡＴＴＡｃＨＡＲＹＡＡ，ＣＡＬＭＩＤＩＶＶ，ＭＡＨＡＪＡＮＲＬ．　　　　　　—　Ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｈｉｇｈｐｏｒｏｓｉｔｙｍｅｔａｌｆｏａｍｓ［Ｊ］．Ｉｎ　　　　　　　　　ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅａｔａｎｄＭａｓｓＴｒａｎｓｆｅｒ，２００２，４５：—　　１０１７１Ｏ３ｌ＿　　　　　　　　　　　　［１３］ＦＯＵＲＩＥＪＧ，ＰＬＥＳＳＩＳＤＵＪＰ．Ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐｍｏｄｅｌｌｉｎｇｉｎｅｅｌ　　　　　ｌｕｌａｒｍｅｔａｌｌｉｃｆｏａｍｓ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２００２，—　　５７：２７８１２７８９．　　　　　　　　　　［１４］ＢＯＮＮＥＴＪＰ，ＴＯＰＩＮＦ，ＴＡＤＲＩＳＴＬ．Ｆｌｏｗｌａｗｓｉｎｍｅｔａｌ　　　　　—　ｆｏａｍｓ：ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｐｏｒｅｓｉｚｅｅｆｆｅｃｔｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓｐｏｒｔＰｏｒ　　—　　ＯＵＳＭｅｄ，２００８，７３：２３３２５４．　　　　　　　　　［１５］赵鹏，浦玉萍，吕广庶．超声波对聚氨酯泡沫塑料化学镀铜的影　—　响［Ｊ］．材料工程，２００８，（４）：４３４６．　　　　　　　［１６］赵鹏，浦玉萍．超声波对电沉积泡沫铜结构及性能的影响［Ｊ］．中　—　国表面工程，２００８，（１）：４５４７．　　　　　　　［１７］李忠全，周桂芬，陈木兰．多孔材料气体渗透性的测定ＥＪ］．粉末　　　　冶金技术，１９９６，１４（１）：５２５７．　　—　　　——　收稿日期：２００９０４１８；修订日期：２００９１２１Ｏ　　　　　　作者简介：乔瑞华（１９８１一），女，在读硕士，主要从事泡沫金属的研制工　　　　　　　　　作，联系方式：北京市学院南路７６号钢铁研究总院４信箱（１０００８１），—　　Ｅｍａｉｌ：ｍｅｔａｌｆｏａｍ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ＣＯｌ￣ｌ　　　　　　　　通讯作者：浦玉萍（１９６６一），女，博士，教授，主要从事多孔材料、自润滑　　　　　　　　　　材料的相关研究，联系方式：北京市学院南路７６号钢铁研究总院４信　—　箱（１０００８１），Ｅｍａｉｌ：ｐｕｙｐ＠１６３．ｃｏｒｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　∈　　　　　　　∈　　　　　　　　　　∈　米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米柴米米米米米米｛Ｉ米米米米米栗爿米米米米米米米米米米爿　　　（上接第２９页）　　　　　　　　［１３］叶雷，毛唯，谢永慧．定向凝固高温合金ＩＣＩＯ瞬态液相（ＴＬＰ）扩　　　　散焊接头组织研究［Ｊ］．材料工程，２００４，（３）：４２４４．　　　　　　　　　　［１４］张小彬，刘常升，吕俊英．镍基高温合金长期时效过程中第二相　　　　　　　　　的析出ＥＪ］．东北大学学报（自然科学版），２００５，２６（４）：３５２　６５２．　　　　　　　［１５］ＣＡＬＬＩＡＲＩＩ，ＭＡＧＲＩＮＩＭ，ＤＡＢＡＩＡＭ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｅ　　　　　　　　ｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｕｄｉｍｅｔ７２０ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉ　　　　—　　　ｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，１９９９，８（１）：１１１１１５．　　　　　　　　［１６］ＢＲＡＤＥＹＥＦ．Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ：ＡＴｅｃｈｎｉｃａｌＧｕｉｄｅ［Ｍ］．Ｎｅｗ　　　Ｙｏｒｋ：ＡＳＭ．１９８８．　　　　　　　　　　［１７］周建波，李殿国，崔春翔．长期时效处理对镍基高温合金中７相　　　—　相形态的影响［Ｊ］．材料工程，２００６，（增刊１）：６９１８９１．　　　　　　　基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０８０１０２１）；河南科技大学人才　　　　　科学研究基金资助项目（０７００３）；亚稳材料制备技术与科学国家重点实　　验室开放课题（２００９０３）　　——　　——　收稿日期：２００９０４０３；修订日期：２００９１２１０　　　　　　　　　　作者简介：熊毅（１９７５），男，博士，讲师，现主要从事钢的超细化及其　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　组织性能的表征研究，联系地址：河南科技大学校本部７６信箱　　　　（４７１００３），Ｅｍａｉｌ：ｘｙｈｂｄｙ＠１６３．ｃｏｒｎ