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1、第36卷第4期力学进展Vbl.36No.4.20061125日ov25,2006年月AD、认NCESINMECHANICSN超轻多孔金属材料的多功能特性及应用’‘“l45卢天健,zt何德坪陈常青赵长颖方岱宁王晓林1强度与振动教育部重点实验室,,7049西安交通大学航天航空学院西安10DeptmentofEnginring,UnirsiofCbrid,Caridge,UKarevetyajmgembCBZIPZ3,2东南大学材料系南京10018,4西安交通大学能源与动力工程学院西安710049,5清华大学工程力学系北京100846中,00国科学院声
2、学研究所北京1080摘要超轻多孔金属是近年来随着多样化需求的材料制备以及机械加工技术的迅速发展而出现的一类新颖多功能材料,是材料的选择及其性能研究的新课题.本文介绍有关多孔金属材料与结构基础研究的国内外研究现状和发展趋势,涉及材料制备、性能表征等方面,着重于探讨多孔金属的多功能复合特性及其在国民经济和高技术中的应用.关键,,,,词多孔金属材料制备工艺力学行为物理波传播传热特性1引言近年来又对点阵材料(latticematerials)的研发提供强力资助.此外,美国能源部依托橡树岭国家实验室,超轻多孔金属具有高孔隙率的特点其微结构按(OakRid罗
3、NationalLaboratory)在200年启动了,,规则程度可分为无序和有序两大类前者包括泡沫化ReedomCar项目定下了2006年和2012年分别材料(含开孔和闭孔),而后者主要是点阵材料(开孔).达到汽车自重减轻40,%和60%的目标而实现该目与传统材料相比,超轻多孔材料具有千变万化的微结标的主要技术手段就是开发轻质结构材料.德国在,,构在保持高孔隙率的前提下孔径可逐渐由毫米级199年也启动了一个在政府和汽车制造商支持下由.,减小到微米甚至纳米级因此多孔金属具有良好的几十所大学、研究所参加的有关泡沫金属材料大型,,可设计性可以根据不同
4、应用需求在制备前对其微细研究项目侧重于这些材料在汽车工业中的应用前..观结构进行优化设计及多功能、多学科协同设计景在我国,超轻多孔金属材料的基础研究也逐步得,,通常多孔金属材料单位体积的重量仅是实体到重视和发展这既与我国国民经济和社会可持续,,材料的1/10或更轻且不同构形的微观结构对材料发展战略的重大需求紧密相关也与当前乃至今后的力学及其它物理特性有显著影响.除了承载,这些几十年内世界材料科学和材料工程科学及相关领域材料还可同时承担其他功能,如利用材料的多孔特点研究的重要前沿方向相一致.,进行对流换热以满足温度控制要求以及吸收降低噪.音、屏蔽电
5、磁辐射、冲击能量吸收、阻尼减振等从2多孔金属的多功能复合特性,195年开始美国国防高等研究署(DARPA)和海、军研究局(ONR)共同资助哈佛大学剑桥大学和麻超轻多孔金属材料的高孔隙率使其具有独特的,:,多功能复合特性包括省理工学院主持的有关超轻金属结构的大型项目主要研究泡沫金属的制备、性能及应用.在此基础上,(l)超轻超轻多孔材料的密度大大低于传统的:一一,:收稿日期20051128修回日期200已07-17*,,,、,国家973项目(Zoo6CB6oiZoiZo06CB6oiZoZ20o6CB6oiZo32006CB601204)高等学校学科
6、创新引智计划(111计划Bo6024、国家自然科学基金会海外青年学者合作研究项目(,10425210,10572111,)10328203)及国家自然科学基金(10302024,,,10632060505760695047103190205005等)资助项目a...tE-il:TJLu@mailtueduenmxj517.固体材料[卜3}不同多孔材料的制备方法和工艺迥应用.,,>80%),异但超轻多孔材料的孔隙率都很高(有时(5)噪声管理现有的初步研究表明开孔的泡.甚至高达9%也就是说其密度最小可以只有其基,沫金属和点阵材料的吸声效果良好而且当孔
7、径在.,...l01、05mm,体材料的%以多孔泡沫铝为例如果其孔隙率是之间时其吸声效果达到最优[l0”〕与传,.c”,90%那么其密度则只有0279/m仅是水密度的统吸声材料相比,多孔金属具有高比刚度/强度、无..1/4毒、耐腐蚀和耐高温等明显优势冲]2、,,()高强韧耐撞击大量的试验结果表明多(6)多功能集成除了上述优点之外多孔金属孔金属在承受压应力时其应力一应变曲线上的塑性的另一特点在于其拥有大量的内部空间,较易实现.变形阶段(名义应变在0.5%~75%范围)的应力几多功能集成[lz,13}例如,如果把泡沫镍用作层合板.乎恒定不变它们在变形
8、时大量的能量被转变为塑性的层芯,由于其具有极高的比表面积,还可同时作为能,以热量形式耗散,是用作撞击防护的优良材料.此电池的化学反应媒介
