泡沫鋁(Aluminum foam)因具有優(yōu)異的能量吸收、熱學(xué)、電磁學(xué)、聲學(xué)和阻尼等性能,已廣泛應(yīng)用在建筑、軌道交通和航空航天領(lǐng)域。然而,泡沫鋁在單獨(dú)作為結(jié)構(gòu)材料服役時,機(jī)械強(qiáng)度相對較低,嚴(yán)重制約了其應(yīng)用范圍,因此通過復(fù)合化提高泡沫鋁的綜合性能是極具前景的研究方向。碳納米管(CNTs)具有優(yōu)異的力學(xué)、物理和化學(xué)性能而被認(rèn)為是泡沫鋁基復(fù)合材料(AMCFs)理想的增強(qiáng)體。但CNTs在金屬基體中極易團(tuán)聚,嚴(yán)重阻礙了高性能CNT/Al復(fù)合泡沫的發(fā)展。同時,針對CNTs增強(qiáng)AMCFs的研究目前僅局限在室溫準(zhǔn)靜態(tài)壓縮,有關(guān)CNT/Al復(fù)合泡沫在高溫、高應(yīng)變率載荷下的壓縮性能及其阻尼性能的研究還處于空白。針對以上問題,本文以實(shí)驗(yàn)研究為主,采用原位化學(xué)氣相沉積(CVD)、短時球磨和填加造孔劑的工藝制備了均勻分散CNTs增強(qiáng)的AMCFs。重點(diǎn)研究了球磨工藝、測試溫度和加載應(yīng)變率對CNT/Al復(fù)合泡沫材料的壓縮吸能性能的影響規(guī)律;同時也研究了復(fù)合泡沫鋁自身孔結(jié)構(gòu)、CNTs含量和測試條件對其阻尼性能的影響。研究內(nèi)容和結(jié)果如下:對原位合成的復(fù)合粉末,研究了球磨工藝對AMCFs微觀結(jié)構(gòu)、孔壁硬度及室溫條件下壓縮與吸能性能的影響。結(jié)果表明:隨著球磨時間的延長,CNTs的分散性提高并逐步嵌入鋁基體中,使復(fù)合泡沫鋁的組織均勻性得到改善。相對于未球磨的含3.0%CNTs的復(fù)合泡沫材料,當(dāng)球磨時間增加至90 min時,復(fù)合泡沫鋁的硬度、屈服強(qiáng)度和吸能能力分別提高了67%、126%和343%。繼續(xù)延長球磨時間至120 min時,鋁粉發(fā)生嚴(yán)重的冷焊并團(tuán)聚成平均粒徑為800μm的大顆粒,導(dǎo)致復(fù)合泡沫鋁孔壁致密性降低,強(qiáng)度大幅度下降。因此,本實(shí)驗(yàn)中的最佳球磨時間為90 min。研究了高溫條件下CNT/Al復(fù)合泡沫的壓縮與吸能性能,探討了CNTs含量對高溫性能和變形模式的影響。結(jié)果表明:CNTs顯著提高了泡沫鋁的高溫壓縮強(qiáng)度和吸能能力,并且隨著CNTs含量的增加而增加。在150 ~oC時,3%CNT/Al復(fù)合泡沫的屈服強(qiáng)度和吸能能力分別達(dá)到了16.8 MPa和19.8 MJ/m~3,分別為泡沫鋁基體的2.9倍和3.5倍。同時,溫度的升高使復(fù)合泡沫鋁的變形模式從兼有塑性和脆性的模式轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃文Ｊ健＠梅蛛x式霍普金森壓桿和數(shù)字圖像相關(guān)攝影技術(shù)研究了高應(yīng)變率載荷條件下復(fù)合泡沫鋁的壓縮性能和變形行為。結(jié)果表明:復(fù)合泡沫鋁的壓縮強(qiáng)度隨著CNTs含量的增加而增加,并隨著應(yīng)變率的增加而升高,顯示出明顯的應(yīng)變敏感性。當(dāng)應(yīng)變率為800 s~(-1)時,3%CNT/Al復(fù)合泡沫的峰值應(yīng)力為45.9 MPa,而當(dāng)應(yīng)變率為2130 s~(-1)時,峰值應(yīng)力達(dá)到52.5 MPa,是相同條件下純泡沫鋁基體的1.9倍。有關(guān)泡沫鋁的變形行為,在準(zhǔn)靜態(tài)條件下,純泡沫鋁首先形成局部變形帶,然后以多層變形帶坍塌的形式失效。與純泡沫鋁的變形失效行為顯著受應(yīng)變率影響不同,CNT/Al復(fù)合泡沫的失效模式對應(yīng)變率不敏感,在準(zhǔn)靜態(tài)和高應(yīng)變率條件下均表現(xiàn)為剪切失效。利用動態(tài)機(jī)械熱分析儀研究了CNT/Al復(fù)合泡沫在不同溫度、振動頻率和振幅條件下的阻尼性能和阻尼機(jī)制。結(jié)果表明:復(fù)合泡沫鋁的阻尼值隨著孔隙率和CNTs含量的增加而增加,隨著振動頻率的減小和振幅的增加而增加。并且,泡沫鋁的阻尼值與溫度相關(guān),在25~200 ~oC范圍內(nèi),阻尼值幾乎保持不變,當(dāng)溫度高于200 ~oC時,阻尼值隨溫度的升高而增加,3%CNT/Al復(fù)合泡沫的阻尼值在390 ~oC時達(dá)到0.36。復(fù)合泡沫鋁的阻尼機(jī)制主要包括位錯阻尼、孔隙阻尼、晶界阻尼、CNTs的本征阻尼和CNT-Al界面阻尼。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB33
【部分圖文】：

圖 1-1 泡沫鋁孔結(jié)構(gòu) （a）開孔型（b）閉孔型Fig. 1-1 Pore structure of Al foam (a) open-cell type (b) closed-cell type材料的結(jié)構(gòu)決定性能，而性能又決定了應(yīng)用。對于開孔泡沫鋁，由于孔構(gòu)相互貫穿，空氣介質(zhì)所占比例較大，因此常被作為吸聲材料應(yīng)用于道路、梁和室內(nèi)聲屏障，也可制備成相變散熱器和燃?xì)夥辣^濾器，發(fā)揮其散熱性能而且，開孔泡沫鋁的高頻電磁屏蔽性能優(yōu)異，能使電磁干擾降低 80%以上，以也通常作為電磁屏蔽材料應(yīng)用于機(jī)房、核磁共振室等地方[13]。另一方面，于閉孔泡沫鋁的氣孔相互獨(dú)立，在相同條件下，其強(qiáng)度高于開孔泡沫鋁，因可作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于艦艇甲板、坦克艙門、汽車頂蓋板、飛機(jī)起落架等，分發(fā)揮其緩沖吸能的作用。同時，閉孔泡沫鋁隔熱性能優(yōu)異，因此也常被制人工智能水杯壁以及飛機(jī)排氣口的熱防護(hù)裝置。而作為一種高能量耗散的多材料，無論是開孔泡沫鋁還是閉孔泡沫鋁，二者均具有優(yōu)異的阻尼性能[14]。由此可見，泡沫鋁既可作為結(jié)構(gòu)材料，也可作為功能材料使用，屬于典的結(jié)構(gòu)功能一體化材料。

第 1 章 緒論直接注氣法有很多優(yōu)點(diǎn)，但仍然存在許多亟待解決的問題。泡過程中泡沫鋁孔壁的穩(wěn)定機(jī)制至今還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識[19]，與發(fā)泡溫度、增粘劑的種類和數(shù)量、攪拌槳的結(jié)構(gòu)與攪拌速期頭的設(shè)計(jì)以及降溫凝固過程的控制等[17, 20-23]都對泡沫鋁最率、孔徑大小和均勻性）有著明顯的作用。因此，即使直接但實(shí)質(zhì)上也是一個錯綜復(fù)雜、各種理論交互的龐大體系。

圖 1-3 熔體發(fā)泡示意圖[2]Fig. 1-3 Schematic diagram of melt foaming[2].3 粉末冶金發(fā)泡法粉末冶金發(fā)泡法借助于“粉末冶金”的思想，主要包括了三個過程：型—粉末發(fā)泡。首先，將鋁粉或鋁合金粉末與發(fā)泡劑（TiH2或 CaCO3混合，然后采用冷壓或熱壓的工藝將混好的粉末進(jìn)行成型，得到具有度的發(fā)泡前驅(qū)體，最后將發(fā)泡前驅(qū)體置于發(fā)泡模具中，再加熱到鋁或點(diǎn)以上某溫度進(jìn)行發(fā)泡。在加熱過程中，發(fā)泡劑不斷發(fā)生分解，前驅(qū)膨脹，待發(fā)泡劑分解結(jié)束，前驅(qū)體不再膨脹時，對發(fā)泡模具采取快速，熔融態(tài)的鋁發(fā)生凝固，這樣就制備得到了泡沫鋁。采用粉末冶金發(fā)的泡沫鋁，成分可調(diào)、孔徑大小和分布在一定范圍內(nèi)可控、質(zhì)量較高定、便于商業(yè)化生產(chǎn)。雖然與直接注氣法和熔體發(fā)泡法相比，粉末冶成本較高，不能連續(xù)化生產(chǎn)，只適用于小尺寸泡沫鋁的制備，但這種
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 余為;薛海龍;;浸泡腐蝕對泡沫鋁-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料彎曲性能的影響[J];材料導(dǎo)報;2017年22期

2 馮陽;梁增友;吳鴻超;陳智剛;;基于滲流法的泡沫鋁細(xì)觀結(jié)構(gòu)模型研究[J];中北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2016年01期

3 ;制造泡沫鋁用的新型發(fā)泡劑[J];鋁加工;2016年05期

4 王愛;;非公企業(yè)“三會一課”備受青睞[J];四川黨的建設(shè)(農(nóng)村版);2016年12期

5 王展光;杜晟連;;固相顆粒粉末冶金泡沫鋁的性能研究[J];粉末冶金工業(yè);2014年02期

6 向宇;程濤;;梯度泡沫鋁的高速碰撞研究[J];輕金屬;2012年03期

7 Ekkapak WICHIANRAT;Yuttanant BOONYON GMANEERAT;Seksak ASAVAVISITHCHAI;;浸漬法制備泡沫鋁的顯微組織和力學(xué)性能(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年07期

8 向宇;程濤;;梯度泡沫鋁的撞擊動力學(xué)分析[J];輕金屬;2012年10期

9 魏勇;陳建清;楊東輝;江靜華;馬愛斌;宋丹;王定烈;;泡沫鋁負(fù)載氧化鈰的制備及其除氟性能研究[J];材料導(dǎo)報;2012年S1期

10 楊國俊;李威;張文帥;;高架公路新型泡沫鋁隔音屏的研究[J];公路交通科技;2011年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王巍;泡沫鋁填充雙金屬管軸向吸能特性數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究[D];燕山大學(xué);2017年

2 張贊;閉孔泡沫鋁的壓縮及吸/隔聲性能調(diào)控機(jī)理研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2017年

3 劉少波;泡沫鋁復(fù)合材料的力學(xué)性能及減震應(yīng)用試驗(yàn)研究[D];東南大學(xué);2018年

4 田杰;泡沫鋁的沖擊波衰減和抗爆震特性研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

5 于英華;泡沫鋁/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料力學(xué)行為及應(yīng)用研究[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2007年

6 王耀奇;泡沫鋁復(fù)雜曲面三明治結(jié)構(gòu)制備方法與機(jī)理研究[D];北京科技大學(xué);2018年

7 唱忠良;玄武巖纖維/泡沫鋁復(fù)合板的沖擊力學(xué)行為研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2014年

8 郭劉偉;泡沫鋁夾芯雙管結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

9 王輝;基于新型緩釋發(fā)泡劑的閉孔泡沫鋁制備、表征與工程化[D];中南大學(xué);2014年

10 李志斌;閉孔泡沫鋁及其夾芯結(jié)構(gòu)的高溫力學(xué)行為研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 楊昆明;原位合成碳納米管增強(qiáng)泡沫鋁基復(fù)合材料及其壓縮吸能與阻尼性能的研究[D];天津大學(xué);2018年

2 劉俊鵬;纖維混雜改性聚甲醛/泡沫鋁互穿復(fù)合材料的研究[D];長沙理工大學(xué);2017年

3 張建坤;二次發(fā)泡法制備泡沫鋁夾芯板材的工藝基礎(chǔ)研究[D];東北大學(xué);2015年

4 張謙;碳纖維復(fù)合材料泡沫鋁夾芯結(jié)構(gòu)彎曲性能實(shí)驗(yàn)研究及優(yōu)化[D];湖南大學(xué);2018年

5 劉晶輝;新型泡沫鋁的制備與吸聲性能研究[D];山東理工大學(xué);2018年

6 趙昂;泡沫鋁夾層板導(dǎo)熱及溫度場中局部壓縮性能研究[D];昆明理工大學(xué);2018年

7 吳志龍;TiH_2氧化處理對泡沫鋁孔結(jié)構(gòu)的影響研究[D];昆明理工大學(xué);2018年

8 荊傳賀;泡沫鋁夾芯結(jié)構(gòu)的疲勞性能試驗(yàn)研究[D];長安大學(xué);2018年

9 王培根;可利用水蒸發(fā)散熱的泡沫鋁合金材料研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

10 楊蕾;閉孔泡沫鋁表面涂層制備及性能研究[D];長安大學(xué);2018年

本文編號：2884999