新材料应用蓝海拓展——泡沫铝
2019-03-04 10:21:10
泡沫铝是一种在金属铝基体中散布有很多气泡的多孔质材料。现在，日本与德国在研讨、出产和运用泡沫铝与其他金属泡沫方面居较有优势位置。我国对泡沫铝材的研讨始于1980s后期，已取得了一系列的研讨成果，但没有取得突破性的成果，依然处于起步阶段，未构成出产力。功能体现
泡沫铝的功能首要取决于散布在三维骨架间的孔隙特征,即气孔的形状和散布,包括孔的类型（通孔或闭孔）、孔的形状、孔的散布、孔的结构（孔径、孔隙率、比重等）。
1物理功能
泡沫铝较显着的特色就是分量轻、密度低,随孔的改变而改变,比重仅为同体积铝的0.1—0.6倍，但其结实度却比泡沫塑料高达4倍以上。泡沫铝材料的导电性要比实心铝材料小得多,相反电阻率就大得多,是电的不良导体。泡沫铝的导热功能比实心铝小得多,约为实心铝的0.1—0.2倍。别的,泡沫铝还具有刚性大、不易燃、不易氧化、不易发作老化、耐候性好、收回再生性好等特色。
关于接受曲折负载的设备,所用材料应具有较高的比强度,经过对泡沫铝和几种常见结构材料（铝、钢）的比强度值（泡沫铝：铝：钢=5:2.5:1）比较,可知泡沫铝具有高比强度的特色。试验研讨标明,恰当的热处理能够进步其比强度。因而,泡沫铝可用于接受较大的曲折负载设备中。
2力学功能
同其他多孔材料相同,泡沫铝的弹性模量、剪切模量、弹性极限等均随孔隙率的增大而呈指数函数下降。
(1)抗拉强度泡沫铝的抗拉强度很低,简直无延伸率,体现为半脆性。试验发现孔径巨细对其拉伸功能有必定的影响。相对密度相一起,孔径小的拉伸强度比孔径大的高。
(2)抗压强度泡沫铝的抗拉强度尽管很低,但它的抗压强度却较高。泡沫铝紧缩应力一应变曲线能够分3个区域：线弹性区、屈从渠道区、细密化区。孔径不同的泡沫铝的紧缩应力一应变曲线形状根本类似,不同首要体现在塑性渠道的高度上,试验发现,孔径巨细与塑性渠道的高度并不是某种简略的线性联系,而是在某一孔径下塑性渠道较高。由泡沫铝的抗压强度与其密度及紧缩率之间的联系图可知,密度添加,抗压强度添加。
3吸能特性
多孔结构材料可用作能量吸收材料。单位质量小、能量吸收才能大的材料就具有较大的效果。泡沫铝单位质量小、强度较高,因而泡沫铝具有很高的能量吸收才能。泡沫铝在紧缩过程中,有高而宽的应力渠道,能够在根本稳定的应力下经过应变来吸收能量。吸能才能由应力应变曲线下方的面积来求,因而屈从渠道高而宽时,吸能才能越大。孔径巨细对屈从渠道的高度有必定的影响,所以能够找到一个适宜的孔径,使屈从渠道较高来进步其吸能才能。别的,其吸能才能随孔隙率呈非单调改变,在某一孔隙率下具有较大的吸能才能。
4阻尼功能
材料的阻尼功能是指材料因为内部的原因,将机械振荡能不可逆地转化为热能的身手。运用材料的这种身手,可减小所不期望的噪声和振荡。依据Zener的经典理论,进步金属材料阻尼功能的重要途径之一,就是设法使缺陷之间的交互效果到达较大,以取得较大的线性阻尼,或将力学扩大机制引人材料,以取得较高的非线性阻尼。多孔材料明显契合高阻尼材料的安排特征,并且试验现已证明孔洞的存在,可在某些非金属或金属材料的阻尼呼应中发挥重要效果。
泡沫铝作为一种微观多孔材料,由金属骨架和孔隙组成,安排极不均匀,应变激烈滞后于应力,紧缩应力一应变曲线中包括一个很长的平稳段,因而它是一种具有高能量吸收特征的轻质高阻尼材料,在消声减震等范畴有着可观的运用远景。试验研讨发现：
（1）孔径必守时,泡沫铝的内讧随孔隙率的增大而增大；
（2）孔隙率必守时,泡沫铝的内讧随孔径的减小而增大；
（3）泡沫铝的内讧与应变振幅密切相关,随振幅的增大而增大；
（4）泡沫铝的内讧在低频范围内与频率的改变无明显联系。
在低阻尼的铝中加人很多孔洞今后,能够明显进步其阻尼身手。是由孔洞自身弹性模量近乎为零的软质性以及孔洞与基体之间构成的很多界面引起的。别的泡沫铝内部还存在其他很多微观和微观的缺陷,泡沫铝的阻尼机制是其缺陷的归纳效应,缺陷阻尼是其首要的阻尼机制。
5吸声功能
泡沫铝材料尤其是通孔泡沫铝,当声响透过泡沫铝时,因为声波也是一种振荡,能够在材料内部发作散射、干与和漫反射,将声响吸收在其气孔中,使内部骨架振荡,声能部分转化为热能并且经过热传递消耗掉,起到了吸声的效果,因而,泡沫铝具有杰出的声响吸收才能。吸声功能用吸声系数来衡量,吸声系数越大则吸声功能越好,泡沫铝的吸声功能首要取决于孔隙特征,通孔吸声功能较好。孔越细微,吸声功能越好。
泡沫铝的运用
1建筑材料
因为泡沫铝的单位体积分量轻,防音防振、耐火不燃、保温等功能,所以能用它来缔造不承重的内墙面、间壁墙、门、天花板、外面的装修材料等。也能够运用到任何要求气密、通气功能好的建筑中。要用来做表面装修时,也能做到泡沫塑料、大理石和其他装修材料的效界、在电子计算机室、理化试验室等的配线配管常常变化的情况下,适于缔造所谓的移动地板。关于这个现在用的是蜂窝结构材料、压铸材料等,但能够用泡沫铝替代。大型建筑物的外装,在高层上是竭力防止运用分量大的材料的,泡沫铝正好适宜这种需求。这不仅是分量轻,并且可使外表规划自在。对强度有特殊要求时,能够运用参加钢筋制做的泡沫铝。
2装修材料
泡沫铝能够选用恣意规划来做为建筑物表里和其他的装修材料,也能够做成具有如石质、大理石、木材、玻璃等材料的款式。因为用它形成的雕琢物、塑像和其他物件造型即大又轻,转移起来是极简单的。
3防音材料
能够有效地运用其做为壁面来调整播送、音乐、讲堂、剧场等的音响效果。在工业部分适宜做为发电室、发动机试验室、飞机场的防音、发音机械的渠道等材料。日常日子中被用来做为唱机、立体开麦拉的结构零件,室内冷却器的防音、旅馆等的防音部件等。
4抗振材料
关于用做轿车缓冲器及其他顺便零件,以把抵触减缓下来到达安全意图,泡沫铝是较好的材料。与此相反,也能用来做为关于沿路的诸设备发作抵触时的平缓振荡材料。做为分量大而又宝贵的物件的运搬、装置等的防振材料是抱负的。阿波罗11号的LM在月球表面着陆时起落架下用的就是这种材料。习惯着陆时月面的凹凸,并以泡沫铝的损坏来平缓振荡。也适用做为宝贵物品的垫板材料。
5型材
因为泡沫乙烯模型及其他高温下运用的大型模型在操作上必需减轻分量,所以能用这种材料。试制轿车和其他大型的模型时,历来用的是蜂窝结构及其他材料,可是它有本钱高的缺陷,而泡沫铝则报价低又简单整形,并且在模形改变时,关于重复试制是十分适宜的。
6在轿车制作业上的运用
泡沫铝优秀的功能,决议了它具有广泛的用处和宽广的运用远景。尤其是在轿车制作业上的运用,泡沫铝被认为是一种大有出路的未来轿车与其他交通运输工具的杰出材料。为了维护地球环境和自然资源,欧洲、北美、日本等发达国家已制订出法律法规来进步轿车的燃油功率。减轻自重是进步燃油功率的较佳办法,减轻轿车自重的办法：（1）改进结构,（2）轻量化材料。前者已大致到了止境,只要后者才有潜力可挖。这样就为泡沫铝材料的开发运用供给了很好的时机。欧洲经济共同体实施的光亮欧洲方案就是研讨泡沫铝在轿车上的运用。自重减小1kg，燃油功率可进步0.01km/L。现在国外已有全铝轿车呈现,与铝比较泡沫铝材料具有更轻量化的特色,能够更好地进步燃油功率。
国外研讨标明,选用泡沫铝材构件,轿车构架的刚度得到加强。在轿车制作中约有20%的车身结构可选用泡沫铝制作,一辆中型轿车用泡沫铝制作零件可减重27.2 kg左右,一起使结构体系简化,零部件数量至少可削减1/3,降低了轿车本钱。泡沫铝材料是一种杰出的能量吸收体,单位体积吸收的能量可达6-9M J,强壮的能量吸收才能说明晰它作为轿车保险杠缓冲材料的优越性。在轿车冲击区运用泡沫铝制成的适宜元件,可操控较大能耗的变形,例如,在中空钢材或铝材外壳中充入泡沫铝,可使这些部件在负载期间具有杰出的变形行为。泡沫铝材料用于轿车乘客座位前后的可变形材料能够改进安全性。泡沫铝耐热、阻燃,一起,在受热状态下不会开释有毒气体,所以在交通运输工具中选用泡沫铝材料来替代泡沫塑料或发泡树脂材料,能够进步运用寿命,削减修理,一起也消除了传统材料在车辆事端中所发作的有害气体,大大降低了交通事端中的损失和人员伤亡,一起也起到了环保效果。
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