金属—气体共晶定向凝固法,也称为"Gasar",被认为是一种制备多孔金属材料的革命性工艺,所得到的多孔结构被称作"Gasarite"-—很多圆柱形气孔定向排列于金属基体中的规则多孔材料。这种多孔材料具有不同于传统多孔金属的性能特点,比如小的应力集中、高的机械性能、良好的导热能力等,因此具有重要的潜在应用价值。本文采用自行研发的Gasar装置,成功制备了具有不同气孔率的规则多孔铜,并从理论上和实验上研究了铸型预热温度、气体压力、铸型下移速率等工艺参数对气孔率、气孔大小和分布的影响。通过Gasar凝固温度场计算,发现凝固速率一定时,液相温度梯度GL与固相温度梯度GS成正比,通过增大固相温度梯度GS来增强固相的散热强度,可以获得大的液相温度梯度GL；随热装置加热区温度的升高,液相温度梯度GL增大,另外,小的试样直径d也有利于提高GL。试样凝固初期铸型温度较低,凝固过程中铸型侧向导热,形成侧向无气孔区,同时导致气孔生长方向发生一定程度的紊乱,在一定高度相遇合并粗化,造成无气孔层内侧存在一较大尺寸的气孔圈,造成气孔尺寸不均匀。铸型温度较高时,可以减小铸型的侧向导热,有效地消除侧壁无气孔层,使横截面上气孔分布更加均匀,得到较好的规则多孔结构。通过对各种条件下的实验结果的分析,研究了气体压力对气孔率、气孔平均直径和气孔尺寸分布均匀性的影响规律。结果表明气孔率受氢气分压和氩气分压的影响十分显著：当使用纯氢时,气孔率随着氢气分压的增大而减小；当氢气分压恒定时,气孔率会随着氩气分压的增大而减小；当氩气分压恒定时,气孔率会随着氢气分压的增大先增大后减小。气体总压力是决定气孔平均直径的最主要因素,即随着总压力的增大,气孔平均直径降低。而气孔尺寸分布均匀性受气体总压力以及氢气分压和氩气分压比值的影响。在纯氢条件下,气孔尺寸分布均匀性随氢气压力的增加而增加；在氢气和氩气混合气氛下,随着氩气分压增大气孔尺寸分布均匀性先增加后减小。在Gasar凝固中,铸型下移速率对气孔平均直径、气孔密度及气孔率有显著影响。在气体压力一定时,气孔平均孔径随下移速率的增加而减小,而气孔密度随着下移速率增加而增加；气孔率主要由气体压力决定,随下移速率升高略有减小,变化较小可以忽略。