中国报告大厅网讯，在 2025 年，钨行业发展迎来新的机遇与挑战，其中多孔钨材料凭借其独特性能成为行业焦点。金属钨作为熔点高达 3410±20℃的难熔金属，具备高比重、高硬度等一系列优异特性。在此基础上发展而来的多孔钨，不仅保留了钨的优良特质，还融合了多孔材料的优势，在多个领域展现出巨大的应用潜力，推动着钨行业朝着多元化、高端化方向迈进。
(一)航天领域的关键支撑
《2025-2030年全球及中国钨行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，在航天推进器方面，多孔钨发挥着不可替代的作用。场发射电推进器因具有推力小、大范围精确可调、比冲高和重量轻等特点，被 “天琴计划” 列为调节编队卫星相对位置的首选推进器。多孔钨凭借耐高温、耐腐蚀以及与推进剂良好的润湿性且不互溶等特性，成为场发射电推进器发射极的理想材料。其内部孔隙承担着存储、输送推进剂以及发射离子的重任，直接影响推进器的启动电压、推力大小和发射稳定性等关键性能。例如，在实际应用中，稳定可控的孔隙结构能够确保推进器高效、稳定地工作，为航天任务的顺利开展提供坚实保障。
(二)电子器件的核心材料
在真空电子器件领域，多孔钨同样占据重要地位。真空电子器件通过真空中电子的运动特性实现信号处理、转换和放大等功能，而阴极作为发射源，对器件的功率、频率、寿命和稳定性起着决定性作用。扩散式钡钨阴极是高功率微波真空器件的主要阴极，多孔钨作为其发射体的骨架材料，内部孔隙为活性物质提供储存场所、反应接触表面以及原子迁移通道。孔隙率和孔径大小对阴极发射性能影响复杂，孔隙率过小会导致活性物质储量不足，缩短阴极使用寿命;孔隙率过大则会降低骨架强度，无法满足使用要求。合适的孔隙特性设计和控制是制备高性能真空电子器件的核心要点，对提升电子器件的性能和可靠性至关重要。
(三)高温领域的散热先锋
在高温领域，以钨为骨架的金属发汗材料表现卓越。这类材料具有优异的耐高温性和散热性，被广泛应用于电子、航天和军工等高温场景，如电触头、电极、导弹喉衬、偏滤器以及飞行器的鼻锥等。钨骨架的孔隙特性直接决定了低熔点相分布的均匀性和连通性，进而影响材料表面散热的均匀性以及抗烧蚀、抗热震和抗热负载等性能。若孔隙分布不均、孔径大小不一或存在闭孔，会显著恶化材料的这些性能。例如，在导弹喉衬的应用中，均匀的孔隙结构能够有效提高材料的散热效率，增强其抗烧蚀能力，确保导弹在高温环境下稳定运行。
此外，多孔钨在高温流体过滤器中作为重要过滤介质，具备优异的高温过滤效率和精度;在汞离子推进器中用作实现液相分离的汽化器材料。这些应用充分利用了多孔钨基于金属钨本征特性的孔隙连通、储存、填充和过滤等功能，进一步拓展了其应用领域。
(一)粉末特性的基础作用
在多孔钨的制备过程中，钨粉的特性对其孔隙特性有着基础性的影响。粉末粒径方面，理想情况下等径球体堆积时，球形粉末成形后的初始孔隙率与粒径无关，但实际情况受多种机制影响。通常，相同成形压力下，粗粒径粉末的初始孔隙率小于细粒径粉末。细粒径粉末松装密度小、流动性差，施压时模具运动距离和粉末间摩擦力增大，粉末架桥效应增强，导致体积压缩量减小，初始孔隙率较高。而且，细粒径粉末比表面积大、活性高，在后续烧结过程中表面扩散作用显著，孔隙率下降更快。因此，在实际应用中，选择粉末粒径需要综合考虑骨架强度与孔径大小的平衡关系，若期望获得较大孔径，一般选择粒度较大的粉末。
粉末的粒度分布也不容忽视，其反映了粉末颗粒尺寸的均匀性。一般来说，粒度分布越窄，多孔钨的孔隙分布和孔径大小越均匀，孔隙连通性越高。窄粒度粉末能够减弱填充孔隙和架桥效应的影响，改善成形后粉末的分散性和接触状态，使初始孔隙更加均匀。同时，均匀的粉末在后续烧结中孔隙收缩更一致。常用的粒度分布控制方法包括筛选法、悬浮法、气流磨分级法等。
粉末形状同样是影响多孔钨孔隙特性的关键因素。形状规则、表面光滑的粉末堆积密度高、粉末间摩擦力小，更容易获得高的初始孔隙率，且能使初始孔隙分布更加均匀。然而，过于规则和光滑的粉末可能会导致粉末间咬合不足，降低生坯强度。目前，许多研究采用球形或类球形的钨粉制备多孔钨，取得了良好效果。球形钨粉具有更好的分散性、流动性和各向同性，有利于制备均匀孔隙的多孔钨生坯，并在烧结过程中保持孔隙结构。常用的钨粉球化技术有等离子球化法、气流磨球化法和喷雾干燥球化法等。
(二)成形方法的关键影响
随着多孔钨应用领域的不断拓展，对其形状结构的要求日益提高，不同的成形方法对多孔钨孔隙特性有着关键影响。
压制法是常用的多孔钨成形方法之一，在成形过程中，压力的大小、方向和施加时间等因素会改变粉末的接触状态及空间位置，进而影响多孔钨的初始孔隙率和孔隙分布等特性。一般而言，压制压力越大，孔隙率越小，孔径越小，但压力过大易造成孔隙分布不均匀和闭孔增多，因此在压制过程中常添加助剂(如硬脂酸和橡胶树脂等)来改善材料的成形性。不同的压制方式适用于不同形状的多孔钨制备，如模压成形适用于厚度较小且形状简单的块体，挤压成形适用于不同直径和形状细长的棒状结构，冷等静压成形则可使成形坯的孔隙率较低且各方向孔隙分布较为均匀，而对于形状复杂的多孔钨，渗铜机械加工是常用方法，但渗铜的温度和时间会影响其孔隙结构。
流延成形法是制备大型平薄材料的重要技术，也可用于多孔钨的成形。该方法通过调整浆料的成分和比例、流延的条件以及刮刀的速度和压力等参数，实现对初始孔隙结构的调控。例如，通过控制浆料成分影响其流变行为，进而改变薄膜的厚度和孔隙的分布。
冰模板法适用于制备尺寸较小且形状复杂的多孔钨，通过控制溶质悬浮液冷冻时冰晶的生长过程，能够精准控制多孔钨初始孔隙结构、形状和尺寸。调节冷却速率和冷却条件可以改变冰晶尺寸，从而调控孔隙大小;改变溶质参数则可以调控孔隙数量。
注射成形可用于复杂形状多孔钨的制备，具有成本低、效率高和适用于小批量生产等特点。在注射成形过程中，粘结剂、装载量和注射参数等因素都会影响多孔钨的孔隙结构。粘结剂和注射参数可以改变喂料的流变性能，从而改变粉末间的相对位置，影响孔隙的大小及分布;装载量的不同也会改变粉末的堆积状态，进而影响烧结后多孔钨的孔隙特性。
选择性激光熔化技术以其可控性强、精度高和材料利用率高等优点，在复杂结构多孔钨的制备中得到应用。通过调节激光束的功率、扫描速度、扫描模式和粉层厚度等参数，可以精确控制多孔钨孔隙形状、尺寸和分布。但扫描速度过快会引起钨粉的溅射，导致孔隙堵塞。
(三)烧结制度的重要影响
烧结制度对多孔钨孔隙特性的影响至关重要，不同的烧结技术、温度、时间和气氛都会改变孔隙的收缩状态，进而影响多孔钨的孔隙特性。
常用的烧结技术包括无压烧结、热压烧结、放电等离子烧结以及微波烧结等。热压烧结中，压力会使孔隙率下降较快，孔径减小，但过大压力可能导致坯体非均匀烧结，降低孔隙尺寸的一致性和分布的均匀性;放电等离子烧结可以保留原始颗粒结构，但孔隙收缩过快，易导致孔隙大小不一致和孔隙连通性下降;目前，多孔钨的制备普遍采用无压烧结方式，因为在无压环境下，致密化过程相对缓慢，有助于保持孔隙收缩的均匀性。
烧结温度是多孔钨烧结过程中的关键参数，通过改变原子的扩散速率影响孔隙特性。在相同制备条件下，随着温度升高，多孔钨的孔隙率降低，孔径逐渐减小。然而，过高的烧结温度会使多孔钨体积收缩过快，导致孔隙率急剧下降，孔径快速减小，引起孔隙分布不均匀以及连通性降低;过低的烧结温度虽能减缓孔隙收缩速度，有利于孔隙结构的保持，但难以达到目标孔隙率，还可能导致骨架强度不足。
烧结时间与烧结温度密切相关，对于固定目标孔隙率，烧结温度越高，所需烧结时间越短;反之则越长。短的烧结时间意味着高的孔隙收缩速率，可能会引起孔隙尺寸不一致以及孔隙分布不均匀;长的烧结时间有助于孔隙的均匀收缩，增加孔隙的连通性和均匀性，但会增加能源消耗和生产周期。
常用的多孔钨烧结气氛包括氢气、氩气和真空气氛。研究表明，氢气气氛能够显著提高零件的相对密度，在 1000℃的烧结温度下，相较于氩气气氛，采用氢气气氛烧结的多孔钨具有更低的孔隙率、更小的孔径以及更均匀的孔隙分布。目前，多孔钨的制备主要采用氢气气氛，不仅因为其孔隙收缩速率低，还因为氢气的还原性能够保证高比表面孔隙的洁净度。此外，烧结速率和冷却速率也会对孔隙特性产生影响，综合考虑这些因素之间的相互关系，有助于优化多孔钨的制备工艺。
(一)空间填充剂调控孔隙
为了更精准地调控多孔钨的孔隙特性，一些研究尝试引入空间填充剂。该方法是在钨粉中添加某种固态材料占据成形后生坯的内部空间，在烧结前后将填充剂去除，留下的空间即为多孔钨的孔隙。通过调整填充剂的大小和含量，可以实现对多孔钨孔隙率和孔径分布的精确调节。目前，有机泡沫、固态润滑剂、铁粉和氯化钠等多种材料已被用作多孔钨的填充剂。例如，采用球形铁粉作为空间保持器，成功制备了具有超高孔隙率的多孔钨骨架，为多孔钨孔隙特性的调控提供了新的途径。
(二)梯度多孔钨的发展
随着技术的进步和需求的增加，对多孔钨的要求逐渐从单一孔隙结构向梯度多孔结构转变。梯度多孔钨的孔隙结构和孔隙大小随着深度或距离变化，在多种应用领域具有广泛的应用前景。钨行业前景分析指出，通过控制制备过程中的烧结工艺、填充剂含量及大小、粉末粒度和层数等条件，可以实现对孔隙率和孔径分布、大小和位置的调节，从而得到满足不同应用需求的梯度结构。例如，采用不同粒度粉末热压烧结的方式，可以实现对所需梯度多孔钨各层孔隙率和孔径的有效控制，为其在更多领域的应用奠定基础。
2025 年，钨行业中多孔钨材料的发展呈现出蓬勃态势。多孔钨凭借其独特的性能在航天、电子、高温等多个领域发挥着关键作用，成为推动钨行业发展的重要力量。在其制备过程中，粉末特性、成形方法和烧结制度等因素对孔隙特性有着重要影响，通过优化这些因素可以有效调控多孔钨的孔隙结构，提升其性能。同时，空间填充剂的引入和梯度多孔钨的发展为多孔钨的研究和应用开辟了新方向。未来，随着技术的不断创新和研究的深入，多孔钨有望在更多领域实现突破，进一步拓展其应用范围，推动钨行业持续发展，为相关产业的进步提供强有力的材料支持。
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