多孔铝因具有低相对密度、高比强度、高比表面积等优点,在很多领域都得到了应用。以高硬度、高熔点、易溶于水的氯化钠作为造孔剂,并结合粉末冶金的方法,因其流程简单,且可以精确地控制孔形态、尺寸、分布与孔隙率,已成为重要的多孔铝制备工艺。多孔材料的功能特点为物质或能量在由孔隙连接而成的通道中的传递以及与孔壁的接触。而利用梯度孔隙与微通道可以提高物质或能量在多孔材料中的传递与接触效率。首先,对纯铝中的梯度孔隙与微通道的影响因素进行研究。根据材料成型过程的特点,从两套工艺流程和五种工艺参数入手对其影响进行研究。以Na Cl颗粒的溶解速率来间接——整体地表征微通道的状态,并与传统的直接——局部表征手段相结合,进行综合研究。研究发现了在成型过程中会产生三类微通道:间隙微通道、裂纹微通道和网状微通道。这三种微通道在尺寸与数量方面有很大差异,并在不同工艺下呈现多种状态。氯化钠参与烧结抑制了网状微通道形成但却促进了间隙微通道、裂纹微通道的形成与发展。氯化钠的尺寸、含量、烧结温度、压制压力能够对微通道产生影响,但烧结时间却不能。在此基础之上,进行梯度孔隙研究以及宏观结构优化。以Na Cl颗粒作为造孔剂制备梯度多孔铝时,大粒径区域会出现孔隙分布不均、通孔率低、层间裂纹等现象。分层对比研究发现了大Na Cl颗粒难以充分协调压制能量并形成过度集中的分布,并在烧结过程中进一步影响体积膨胀。结合前人经验以及生物中类似结构的特点,首次提出了层内梯度与层间梯度相结合的解决方案与优化概念。通过向大尺寸造孔剂中添加小尺寸的造孔剂,可以制备出具有层内梯度的多孔铝。压制与烧结过程中由大Na Cl颗粒导致的多个问题可以被该方法及其结构解决。此外,该结构还可以提高物质或能量在大孔隙区域的传递与接触效率。随后,进行合金反应对梯度孔隙与微通道影响的研究。反应合成法与造孔剂法相结合制备多孔铝材料时,难以发挥出各自的优势。通过控制钛含量制备多孔Ti Al3-Al来寻求一种可以结合两者优点的方法。此外,进一步研究了在该方法中不同钛含量时的成分、结构和力学性能。降低钛含量并于空气中烧结的方法降低了钛和铝的反应强度。孔壁形貌,原位生成的小孔在一定程度上被保留,且产物仅有Ti Al3。钛含量引起的一系列复杂的变化不仅导致多孔铝形貌改变和基体转变,还影响了力学性能。多孔铝的微观结构和力学性能在不同钛含量阶段的变化是非常大的,有利于丰富多孔铝的结构与功能的设计。最后,针对合金反应的诸多问题,通过控制反应过程来解决,并以此对多孔铝的微观结构进行优化。以传统的钛铝元素粉末反应合成法制备Ti Al3金属间化合物时,反应的强度与反应量的关联稳固,不利于材料的结构设计。利用添加微量镁的镁元素添加法首次打破了这个关联。镁以不同的方式在三个阶段控制反应进程:初始熔化区与初始反应区、与液相线一致的扩散速率所形成的动态平衡和高流动性的共熔液相。镁的存在仅影响了过程,并未改变产物。镁元素在各阶段的扩散状态及其与铝形成的共熔液相是关键因素。通过添加镁元素,可以改变反应过程,并以此来调节孔隙结构和增加材料的可设计性。