结构、功能一体化材料，泡沫金属应用前景广阔

事件：南京工业大学聂政威副教授课题组以泡沫铜为实验材料，研究泡沫金属内空气流动与换热特性，相关研究成果以“高孔隙率泡沫金属内空气流动与换热特性”为题发表于《新能源进展》2023年第5期。 泡沫金属结构独特，兼具金属特性和多孔材料功能属性 泡沫金属属于多孔金属材料，内部孔隙率可高达90%以上，形貌如同“泡沫”或“蜂窝”，打破了金属致密结构的传统概念，既有金属“强壮”的特性又具有气泡“轻盈”的特性，是结构-功能一体化新型金属材料。由于结构独特，泡沫金属不但保留了基体金属材料的导电性、延展性、可焊接等特性，同时还具备多孔材料的吸能减振、消音降噪、电磁屏蔽、透气透水等功能属性，因而在国内外材料科学领域引起广泛关注，并广泛应用于航空航天、石油化工等领域。 集结构与功能于一体，泡沫金属应用领域广泛 泡沫金属集结构与功能于一体：作为结构材料，泡沫金属具有轻质、高比强度的特性；作为功能材料，泡沫金属具有多孔、减振、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种物理性能。凭借独特的性能，泡沫金属在工业领域及高新技术领域得到了广泛应用：（1）利用轻质、高比强度特性，用其制作浮水器、运动器材（如雪橇等）、航空航天飞行器的相应零件； （2）利用多孔性，用其制作化学过滤器、供净化水使用的气化处理器、自动加油的含油轴承、带香味的装饰品等；（3）利用减振、阻尼性能，用其制作做缓冲器、吸振器，例如宇宙飞船的起落架、升降机传送安全垫和各种包装箱，特别是空运包装箱、机床床身、底座、阻尼环等；（4）利用其电磁屏蔽、轻质和优良的吸音、隔音性能，已将其用于制作建筑业的隔音板、电子仪器外壳和电屏蔽室等结构。 受下游市场发展&应用场景拓宽驱动，泡沫金属有望加速扩容 竞争格局方面，2021年我国占据全球泡沫金属57%的市场份额，但与发达国家相比在技术工艺等方面差距仍存，未来仍有较大提升空间。市场规模方面，受下游市场快速发展驱动，叠加3D打印等新工艺赋能拓宽新应用场景，泡沫金属市场规模有望持续扩容。据恒州博智信息咨询数据，2021年全球泡沫金属市场规模约为24亿元（人民币），预计到2028年将达51亿元，2021-2028年7年CAGR为11.4%。未来，随着泡沫金属生产工艺的不断完善及对其研究开发的不断深入，泡沫金属应用领域有望进一步拓展，建议关注行业及公司相关进展。 风险提示：技术发展不及预期风险；下游需求不及预期风险；产业政策推进不及预期风险。 1.泡沫金属：既“强壮”又“轻盈”的新型金属材料 泡沫金属结构独特，兼具金属特性和多孔材料功能属性。泡沫金属属于多孔金属材料，内部孔隙率可高达90%以上，形貌如同“泡沫”或“蜂窝”，打破了金属致密结构的传统概念，既有金属“强壮”的特性又具有气泡“轻盈”的特性，是结构-功能一体化新型金属材料。 由于结构独特，泡沫金属不但保留了基体金属材料的导电性、延展性、可焊接等特性，同时还具备多孔材料的吸能减振、消音降噪、电磁屏蔽、透气透水等功能属性，因而在国内外材料科学领域引起广泛关注，并广泛应用于航空航天、石油化工等领域。 泡沫金属的主要分类方式有：（1）按孔径和孔隙率大小：孔径小于0.3mm、孔隙率在45%～90%之间，称为多孔金属；而孔径在0.5～6mm、孔隙率大于90%，称为泡沫金属；（2）按孔隙结构：分为通孔结构和闭孔结构；（3）按制备工艺：最初采用发泡法制备称为发泡金属，而后发展了渗流铸造等制备方法又称之为通气金属；（4）按基体种类：泡沫铝、泡沫镍、泡沫铜等。制备工艺方面，传统制备方法得到的泡沫金属多为复杂不规则的孔隙结构，而3D打印可精准控制孔隙结构，在精准度方面赋能泡沫金属拓宽应用场景，如多孔钛在医疗、精密仪器等领域填补了泡沫金属应用空白。 图1：泡沫铝实物图 图2：泡沫金属不同标准分类 2.结构-功能一体化材料，泡沫金属应用前景广阔 泡沫金属集结构与功能于一体：作为结构材料，泡沫金属具有轻质、高比强度的特性；作为功能材料，泡沫金属具有多孔、减振、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种物理性能。凭借独特的性能，泡沫金属在工业领域及高新技术领域得到了广泛应用：（1）利用轻质、高比强度特性，用其制作浮水器、运动器材（如雪橇等）、航空航天飞行器的相应零件；（2）利用多孔性，用其制作化学过滤器、供净化水使用的气化处理器、自动加油的含油轴承、带香味的装饰品等；（3）利用减振、阻尼性能，用其制作做缓冲器、吸振器，例如宇宙飞船的起落架、升降机传送安全垫和各种包装箱，特别是空运包装箱、机床床身、底座、阻尼环等；（4）利用其电磁屏蔽、轻质和优良的吸音、隔音性能，已将其用于制作建筑业的隔音板、电子仪器外壳和电屏蔽室等结构。 表1：泡沫金属应用前景广阔 在具体材料中，目前获得广泛使用的泡沫金属有铝、镍、铜及其合金，不同基体材料主要特性和应用领域有所差异。 （1）泡沫铝：作为最早开发的泡沫金属材料，泡沫铝主要优势在于质轻、隔热、隔音、电磁屏蔽、吸收冲击能等，在导弹、飞行器以及其回收部件的冲击保护层中多有使用，此外在汽车缓冲器、电子机械减振装置、脉中电源电磁波屏蔽罩等领域也有应用； （2）泡沫镍：凭借其连通的气孔结构和高气孔率，泡沫镍在高通气性、高比表面积和毛细力方面表现优异，同时在耐腐蚀方面具备显著优势，常用于制作流体过滤器、催化器、雾化器以及电池电极板和热交换器等； （3）泡沫铜：泡沫铜具有良好的导电性和延展性，在制备电池负极（载体）材料、催化剂载体和电磁屏蔽材料等方面颇具潜力。 表2：不同基体泡沫金属特性及具体应用 竞争格局方面，2021年我国占据全球泡沫金属57%的市场份额，但与发达国家相比在技术工艺等方面差距仍存。据钢企网，海外市场泡沫金属主要生产商有美国ERG、美国Alcan、加拿大Cymat、德国Fraunhoer、英国Porvair、挪威NorskHydro、日本Shinko-Wire等； 我国市场中，泡沫金属主要生产商有北京中实强业、上海众汇、四川元泰达、无锡瑞鸿、上海众维、陕西晋泰、宁波赛孚等。我国是全球最大的泡沫金属生产国，占据近57%的市场份额，但与发达国家相比，我国泡沫金属行业发展不平衡，在R&D创新、科研成果转化、技术工艺等方面存在差距，未来仍有较大提升空间。 受下游市场快速发展驱动，叠加3D打印等新工艺赋能拓宽新应用场景，泡沫金属市场规模有望持续扩容。据恒州博智信息咨询数据，受新冠疫情影响，2021年全球泡沫金属市场规模约为24亿元（人民币），预计到2028年将达51亿元，2021-2028年7年CAGR为11.4%。未来，随着泡沫金属生产工艺的不断完善及对其研究开发的不断深入，泡沫金属应用领域有望进一步拓展，建议关注行业及公司相关进展。 图3：全球泡沫金属市场规模有望持续快速增长 3.风险提示 技术发展不及预期风险；下游需求不及预期风险；产业政策推进不及预期风险。