闭孔泡沫金属结构性能跨尺度协同调控

第1章 泡沫金属简介

1.1 多孔金属概述

1.1.1 多孔金属

1.1.2 多孔金属的分类

1.1.3 泡沫金属的发展历程

1.2 泡沫金属的应用

1.2.1 汽车工业

1.2.2 航天工业

1.2.3 造船工业

1.2.4 轨道交通

1.2.5 建筑工程

1.2.6 机械制造

1.2.7 防护装备

1.3 泡沫金属面临的机遇和挑战

1.3.1 泡沫金属结构的主动调控

1.3.2 结构与性能的依赖关系

1.3.3 净成型和异质连接

第2章 闭孔泡沫金属的制备技术

2.1 注气发泡法

2.2 熔体发泡法

2.3 粉末致密化发泡法

2.4 铸造预制体发泡法

2.5 其他制备方法

第3章 泡沫金属的结构及表征方法

3.1 闭孔泡沫金属的孔结构组成

3.2 宏观结构表征

3.2.1 密度和孔隙率

3.2.2 泡孔大小

3.2.3 泡孔形状

3.2.4 气泡壁

3.3 微观结构表征

第4章 泡沫金属的力学性能

4.1 压缩性能

4.1.1 泡沫金属的尺寸效应

4.1.2 压缩应力-应变响应

4.1.3 理论模型

4.1.4 压缩变形机制

4.2 能量吸收性能

4.3 拉伸性能

第5章 泡沫金属制备基础理论

5.1 熔体的发泡过程

5.2 泡孔结构演化

5.2.1 气泡的形核和长大

5.2.2 液态泡沫的排液过程

5.2.3 泡孔的合并和粗化

5.3 泡沫金属气泡壁液膜的稳定机理

5.3.1 水溶液泡沫的稳定机理

5.3.2 金属泡沫的稳定机理

第6章 碳纤维复合铝基泡沫材料

6.1 碳纤维表面金属化

6.1.1 碳纤维预处理

6.1.2 化学镀铜

6.1.3 电镀铜

6.1.4 镀铜对碳纤维性能的影响

6.2 搅拌铸造制备碳纤维增强铝基复合材料

6.2.1 镀层厚度对润湿性的影响

6.2.2 镀层对界面结合的影响

6.3 碳纤维复合泡沫铝的制备

6.3.1 膨胀过程

6.3.2 孔结构演化

6.3.3 微观结构

6.3.4 Mg对发泡行为的影响

6.4 碳纤维稳定气泡的机理

6.4.1 碳纤维产生回复力的原理

6.4.2 回复力的计算

6.4.3 稳定机理的完善

6.5 碳纤维复合泡沫铝的力学性能

6.5.1 碳纤维加入量的影响

6.5.2 铝合金基体的力学性能

第7章 原位生成颗粒增强铝基泡沫材料

7.1 原位生成颗粒对发泡过程的影响

7.2 泡孔结构演化

7.3 原位生成颗粒稳定泡沫机理

7.4 Al-TiB2泡沫的力学性能

7.5 Al-TiB2基泡沫铝断裂机制

7.6 合金元素对性能的影响

7.6.1 Cu的影响

7.6.2 Mg的影响

第8章 负压发泡制备铝基泡沫材料

8.1 负压发泡的特点

8.2 负压下液态泡沫的膨胀过程

8.3 负压下泡孔结构演化过程

8.4 稳定剂对负压发泡的影响

8.5 发泡剂对负压发泡的影响

第9章 正压发泡对铝基泡沫材料结构和性能的影响

9.1 正压对粉末致密化发泡法的影响

9.2 正压对熔体发泡法的影响

9.2.1 不同压力泡沫铝膨胀曲线

9.2.2 泡孔结构

9.2.3 密度与孔径的关系

9.3 正压发泡对力学性能的影响

9.3.1 压缩性能及稳定性

9.3.2 能量吸收能力

9.3.3 变形模式

第10章 铝基泡沫材料力学性能的跨尺度优化

10.1 TiB?内增韧颗粒对孔结构和压缩变形模式的影响

10.1.1 样品制备

10.1.2 泡孔结构

10.1.3 压缩变形

10.1.4 理论模型对比

10.2 正压对复合材料泡沫结构和性能的影响

10.2.1 泡孔结构

10.2.2 正压对复合材料泡沫力学性能的影响

10.3 正压对原位Al-4.5%Cu-xTiB2复合泡沫的影响

10.3.1 制备方法

10.3.2 正压对孔结构的影响

10.3.3 正压对压缩性能的影响

10.3.4 微观结构

第11章 铝基泡沫材料的阻尼性能

11.1 绪论

11.1.1 阻尼的作用与分类

11.1.2 阻尼的表征及阻尼材料的应用

11.2 阻尼性能测试原理和方法

11.2.1 阻尼材料的测试原理

11.2.2 阻尼的测量方法

11.3 泡沫铝材料的阻尼特征

11.3.1 频率对阻尼性能的影响

11.3.2 应变振幅对阻尼性能的影响

11.3.3 温度对阻尼性能的影响

411.4 泡孔结构对阻尼性能的影响

11.4.1 孔隙率和孔径对阻尼性能的影响

11.4.2 孔隙壁厚和孔壁变化对阻尼性能的影响

11.5 基体对阻尼性能的影响

11.5.1 泡沫铝硅合金的阻尼性能

11.5.2 碳纤维复合泡沫铝材料的阻尼性能

11.5.3 粉煤灰增强泡沫铝硅合金的阻尼性能

11.5.4 原位生成TiB?增强泡沫铝的阻尼性能

第12章 泡沫铝的声学性能

12.1 泡沫铝的声学简介

12.1.1 噪声污染现状

12.1.2 降噪材料及降噪效果

12.1.3 闭孔泡沫铝的声学性能

12.1.4 闭孔泡沫铝吸声性能的研究现状

12.2 吸声测试原理和方法

12.2.1 吸声系数表征

12.2.2 测试仪器

12.3 材料的吸声机理

12.3.1多孔性吸声材料的吸声机理

12.3.2共振吸声材料(结构)的吸声机理

12.3.3闭孔泡沫铝板吸声机理

12.4闭孔泡沫铝的吸声性能

12.4.1泡沫铝吸声性能与声波频率的关系

12.4.2 TiB,的添加对铝基泡沫吸声性能的影响

12.4.3孔隙率对铝基泡沫吸声性能的影响

12.4.4样品厚度对铝基泡沫吸声性能的影响

12.5打孔闭孔泡沫铝板及复合吸声结构的吸声性能

12.5.1打孔泡沫铝吸声机理探讨

12.5.2复合结构吸声机理

第13章泡沫复合构件的力学行为

13.1泡沫铝复合构件的结构特点

13.1.1泡沫铝夹芯板的结构特点.

13.1.2泡沫铝填充管的结构特点

13.2泡沫铝复合构件的制备

13.2.1泡沫铝夹芯板的制备

13.2.2泡沫铝填充管的制备

13.3泡沫铝复合构件的应用

13.3.1汽车工业的应用

13.3.2航空航天工业的应用

13.3.3建筑领域的应用

13.4泡沫铝复合构件的准静态力学性能

13.4.1泡沫铝夹芯板的准静态三点弯曲行为

13.4.2泡沫铝填充管的准静态轴向压缩行为

参考文献

第1章泡沫金属简介

1.1多孔金属概述

1.1.1多孔金属

金属在自然界中广泛存在，在生活中应用极为普遍，无论是在人类的发展历程中，还是在现代工业中，都是非常重要和广泛应用的一类物质。比如，钢铁、铝合金、镁合金等都具有较高的机械强度，是被用作工程材料的常用金属。在制备这些金属结构件时，往往希望合金内部是致密的。以铝合金为例，铸造工艺的重要发展方向就是增加铸件的致密度，例如通过挤压铸造或真空压铸来减小因夹气造成的缩孔或疏松，从而提高铝合金件的力学性能和成品率。金属部件中的孔洞被认为是一种结构缺陷，因为它们往往是裂纹形成和扩展的核心，会对材料的力学性能产生不利影响。

当材料中孔洞的数量增加到一定程度后，其就会展现出一些特殊的性质，从而形成一个新的材料类别，也就是多孔材料。多孔材料具有诸多优良的特性，比如吸声、隔热和减振等。多孔材料广泛存在于自然界中，如树木、珊瑚、海绵等都是很好的例子。选择这此多孔结构是生物长期进化的结果，往往是利用或优化了多孔材料某方面的特性。早在金属材料被发现和利用之前，人类就已经开始使用这些自然界的多孔材料。以常用的木材为例，其中存在大量尺寸为几十至几百微米的孔洞，这些孔洞的体积分数为50%~80%。相对于金属和石器而言，具有多孔结构的木材显著轻量化，并且具有阻尼抑振、缓冲吸能等一系列特殊功能。作为一类轻质结构功能一体化材料，在人类社会发展的不同阶段，木材被用来制造工具、车辆、船舶、容器和建筑等。时至今日，木材仍作为不可替代的主要原料被大量用于制造家具、地板和门窗等。但是，人类真正开始制造多孔材料的时间比较晚，随着仿生科学的发展和深人人心，人们开始注意自然界中的多孔材料，并研究怎么利用和发挥多孔结构的特性。根据生产生活需要，人们开始开发各种基于塑料、陶瓷等的多孔材料。

……

本书主要内容涉及了泡沫金属的发展历程, 制备技术及其特征, 泡孔结构及其表征方法, 液态泡沫稳定机理, 力学性能及理论模型, 碳纤维和原位生成颗粒对泡沫金属结构及性能的影响, 变压发泡工艺对孔结构的主动控制原理, 铝基泡沫材料性能协同优化的方法, 泡沫金属基体和结构对阻尼性能、学性能、冲击性能和填充结构的影响等。本书重点阐述了碳纤维和原位生成颗粒等对液态金属泡沫稳定性的影响机理和变压发泡法对铝基泡沫材料孔结构控制的影响机理, 并通过微观结构、孔结构和宏观相对密度等的协同调控拓展泡沫金属的结构和性能可控范围。