高孔隙率通孔泡沫铝的制备工艺及其性能研究

摘要

泡沫铝是一种新型的结构功能一体材料，具有轻质、高的比强度与比刚度、良好的吸声、减振、阻尼、散热、电磁屏蔽等性能，在航空航天、汽车及民用工业中有着广泛的应用前景。本文研究了用可溶石膏型预制块渗流铸造法制备不同基体材料、不同孔径和不同相对密度的高孔隙率通孔泡沫铝的工艺，并对其准静态压缩力学性能和导电性能进行了研究。
　　 (1)研究了用于制备高孔隙率通孔泡沫铝的可溶性石膏型预制块的制备工艺。实验结果表明：以不同孔径的聚氨酯网状海绵为母体材料，采用精密铸造石膏粉、硫酸镁、铝矾土和水为原料可以制备出合格的石膏型预制块。硫酸镁可以提高石膏的抗压强度和水溶性，当硫酸镁含量在20％时，对石膏型抗压强度的影响最为显著，铝矾土可以提高石膏型的抗压强度和抵制石膏型的高温收缩和裂纹倾向。
　　 (2)研究了用可溶性石膏型预制块加压渗流法制备通孔泡沫铝的工艺。实验结果表明：石膏型渗流铸造过程中主要的工艺参数为模具的预热温度、铝合金的浇注温度和渗流压力。采用本工艺所制备的通孔泡沫铝的孔隙率在85％～96％之间。
　　 (3)研究了高孔隙率通孔泡沫铝的准静态压缩力学行为，并对其吸能特性进行了分析和探讨。实验结果表明：低密度的通孔ZL101和ZL102泡沫铝在准静态压缩过程中表现出三个明显的阶段特征：弹性段、较长的塑性坍塌段和致密化段，而且应力-应变曲线在塑性坍塌段表现出低密度泡沫材料压缩行为所特有的波动特征。随着低密度通孔泡沫铝相对密度的提高，泡沫铝的屈服强度、杨氏模量和流动应力均升高；随着通孔泡沫铝孔径的增大，通孔泡沫铝的屈服强度和杨氏模量也增大；通孔泡沫铝的力学性能与基体材料的力学性能成正比。泡沫铝的理想吸能效率随着泡沫铝应力-应变曲线形状的改变而变化，曲线上的塑性坍塌段相对越平坦，泡沫铝的理想吸能效率越高。泡沫铝的最高吸能效率与泡沫铝的相对密度关系不大，主要取决泡沫铝应力-应变曲线的变化情况。
　　 (4)本文还研究了用石膏型预制块渗流法制备的通孔泡沫铝的导电性能。通过四端电极法对制备的通孔泡沫铝的导电性进行了测试，结果表明：低密度通孔泡沫铝的相对电导率与相对密度之间成指数关系，指数随着孔径的减小而增大。而且泡沫铝的电导率随着基体材料电导率的增强而增强。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

致谢

第一章绪论

1.1引言

1.2泡沫金属的结构特征

1.3泡沫金属的制备方法

1.3.1熔体发泡法

1.3.2渗流铸造法

1.3.3熔模铸造法

1.3.4电沉积法

1.3.5其他方法

1.4泡沫金属的主要性能

1.4.1力学性能和吸能性

1.4.2导电性能

1.4.3热性能

1.4.4吸声性能

1.4.5电磁屏蔽性能

1.4.6其他性能

1.5泡沫金属的应用领域

1.6本文研究的目的及主要内容

第二章石膏型渗流法制备高孔隙率通孔泡沫铝的工艺研究

2.1引言

2.2石膏型渗流铸造制备泡沫铝工艺原理

2.3可溶性石膏型预制块的制备

2.3.1石膏及其特性

2.3.2聚氨酯海绵的预处理

2.3.3石膏混合浆料成分的选择与配置

2.3.4石膏型预制块的干燥与焙烧

2.3.5石膏混合料成分对石膏型抗压强度的影响

2.4用石膏型渗流法制备通孔泡沫铝的工艺

2.4.1实验用铝合金及其特性

2.4.2渗流过程及装置

2.4.3渗流工艺参数及其控制

2.4.4浇注后石膏型预制块的去除

2.5所制备的高孔隙率通孔泡沫铝的结构特征

2.6本章小结

第三章通孔泡沫铝的压缩行为及吸能特性

3.1引言

3.2泡沫铝的准静态压缩实验

3.2.1压缩试样的制备

3.2.2实验设备与方法

3.3泡沫铝的压缩应力-应变特征

3.4各种因素对泡沫铝力学行为的影响

3.4.1相对密度对泡沫铝力学行为的影响

3.4.2孔径对泡沫铝力学行为的影响

3.4.3基体材料对泡沫铝力学行为的影响

3.5泡沫铝的准静态压缩吸能特性

3.6本章小结

第四章泡沫铝的导电性能

4.1引言

4.2实验方法

4.2.1导电试样的制备

4.2.2泡沫铝电导率的测试方法

4.3实验结果与讨论

4.3.1相对密度对泡沫铝导电性的影响

4.3.2基体材料对泡沫铝导电性的影响

4.4本章小结

第五章全文总结与展望

5.1全文总结

5.2对今后工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文