熔体法制备泡沫铝夹芯板(附件)【字数：18696】
本论文的课题为泡沫铝制备泡沫铝夹芯板，凡是从熔融体中结晶生长出晶体的方法都可以称作熔体法，本质上属于粉末冶金法，这种方法制备泡沫铝夹芯板的意义如下首先单一泡沫铝相对强度较低，因此应用范围小。用这种方法制备泡沫铝夹芯板重量小、比刚度和比强度高，因此是一种制备这种新型复合材料的合理方法。其次目前使用最多的方法当属胶粘法，但是胶粘法只能实现在泡沫骨架处的结合，有效结合面积小，因此强度相对低。但是熔体法制备的泡沫铝夹芯板，粉体与面板之间实现了有效的冶金结合的界面，有效结合面积大，强度相对高。再者熔体法制备泡沫铝夹芯板相对于其他的制备方法而言，制备工艺简单，适合工艺化、连续性生产。是一种适合我国国情的高效率，短流程，节能又省材料的新型制备方法。熔体法制备泡沫铝夹芯板是众多的制备泡沫铝夹芯板的方法之一，关于制备泡沫铝夹芯板的方法有两大类一类就是利用物理类型的方法，就是将中间部分发泡成型的预制体用一定的方法和上下两层的金属面板机械地连接起来，这一类方法的典型代表之一就是胶粘法。另一类方法是冶金法，本实验制备的方法就隶属于冶金法，这一类的方法有例如模具压制成型法、包覆-轧制法和粉末冶金复合轧制法等。本实验需要利用加工成合适的尺寸的铝制模具，两板之间放入配比合适的混合粉末，在热压烧结机上预压烧结后，在电阻炉中保温发泡最终得到泡沫铝夹芯板。注意记录相关的发泡参数，比如混料比、发泡时间、发泡温度，将发泡后的夹芯板切样块后，封样打磨抛光，在金相显微镜、SEM扫描电镜和EDS能谱仪下得出相关数据，进行分析。关键词泡沫铝夹芯板、粉末冶金、发泡、制备方法
目录
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 现阶段存在的问题 4
1.4 泡沫铝夹芯板的应用领域 5
1.4.1 在汽车工业的应用 5
1.4.2 在企业机床上的实践 6
1.4.3 在建筑行业里的使用 6
1.4.4 在航空航天方面的运用 7
1.5 泡沫铝夹芯板的制备方法 7
1.5.1 物理连接方法 8
1.5.2 冶金连接方法 8
1.6 本文的研究目的和意义 9
第2章 实验原料及设备 11 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
2.1 实验原料 11
2.2 实验制备设备 11
第3章 实验过程及方法 13
3.1 实验工艺流程 13
3.2 混料 13
3.3 金属面板的预处理 14
3.4 预制体的制备 14
3.5 发泡工艺步骤 17
第4章 实验数据分析 21
4.1 宏观表征 22
4.2 芯部泡孔部分材料分析 23
4.3 微观表征 24
4.3.1 金相显微镜拍照分析 24
4.3.2 扫描电镜及能谱仪拍照分析 26
结论 31
参考文献 32
致谢 35
第1章 绪论
1.1 引言
多孔泡沫金属材料是一种由固态形状架构在平面上交错从而构成的大量的细胞状的多气孔金属材料，是一种典型的轻质的低成本金属材料。泡沫铝中的根据泡孔的不同又可以分为开孔和闭孔两种，本文中采用的泡沫铝材料为闭孔泡沫铝[1]。由于泡孔的存在，泡沫铝材料和普通的实体材料（无泡沫铝材料）相比就有了许许多多的优越的性能。它具有轻质、高比刚度、高比强度、高能量吸收等优点，兼具隔热、吸声、减震、电磁屏蔽等功能，俨然已经成为航空航天、交通运输、建筑甚至是军工业等诸多领域的前沿热点材料。泡沫铝材料由于其密度比水低，且其强度超过了普通的铁，可放在水面上漂浮而不下沉。
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图11 几种泡沫铝板形貌
上面两组图中左边为开孔泡沫铝，右图为闭孔泡沫铝材料。
三维立体形态的多边形组建成了这样的抛空结构,这样的多维性的泡孔材料叫做“泡沫材料”。假如组建的泡沫体的只不过是孔穴的棱界,那么就称呼这种泡沫体为“开孔的”。反过来说，假如多面体的表面是关闭的,因此导致各个孔穴都与其相邻的孔穴两者之间闭合分开,那么就称这种泡沫体是“闭孔的”[2]。
泡沫铝作为泡沫材料的类型之一，它可能的去向的一种方向就是把它加工成泡沫铝夹芯板。泡沫铝夹芯板材料除了包含泡沫铝的各种表现出色的性能以外，还拥有具有面板/芯层界面的冶金结合效果的泡沫铝夹芯结构材料，不仅在宏观上具有夹心结构特性，解决了单一泡沫铝强度较低、难于连接等问题，又具有极佳的比强度、比刚度以及吸能能力[3]。因此，泡沫铝夹心结构被认为是一种极具潜力的新型金属基复合材料，也是多孔泡沫金属材料在近空间航空领域的工程化应用的重要发展方向。
但是由于受到了制备技术以及相关的基础理论知识方面的限制，导致制作出来的泡沫铝夹心材料的相关性能指标达不到要求。迄今为止，对于我们的国家来说，怎么样去加工制造形成一种较为优质的泡沫铝夹心材料，如何在较大地范围内实现那种规模化、量产化的生产模式还是一个比较棘手的问题。目前，关于制备泡沫铝夹心板的实验研究大多还是集中在高校的实验室以及相关材料企业的科研所，还处于实验阶段，西方发达国家又把该项的高端技术列入了保密领域，工程领域应用背景薄弱，想要用泡沫铝夹心板材料代替传统的一些金属材料，还有很长的一段路是我们所必须探索的。国家在现在的这个时间段要求各个企业要做到节约能源，减少污染的排放，一般的黑色方面的材料（比如钢铁方面）很明显不可以做到节能减排的要求。因此，开发出一种适合于我国现阶段基本国情的、效率较高的、流程较短的，较为节省能源和材料的关于制备泡沫铝夹芯板的新型制备技术迫在眉睫，这对于我国的国民经济发展极具重要意义[4]。
论文拟从国内外泡沫铝夹芯板研究现状、制备及表征入手，进行试验。在此基础上，通过阅读文献和实验分析比较，探讨泡沫铝三明治夹芯板制备工艺。论文拟以泡沫铝夹芯板的制备以及冶金结合复合材料界面的组织演变为主线，充分考虑材料在飞机地板、机舱侧衬板以及门衬板、尾翼等部位的力学要求，测试分析不同温度。不同密度下泡沫铝夹芯板示波冲击过程中泡沫和金属基面板的弹塑性本构关系及能量吸收规律，结合力学与材料科学相关知识，系统研究极端低温环境中泡沫铝夹芯板的承载能力、失效模式、变形机理和吸收情况的基础性指标，以此预期设计开发符合我国民用大飞机发展趋势的泡沫铝夹芯材料，进而为近空间飞行器轻量化多功能的优化设计提供理论基础与技术支持。
1.2 国内外研究现状
近些年来，国内外的研究学者更多地是针对泡沫铝夹心结构的静态三点弯曲、低速高动能冲击、高速冲击等此种材料的力学性能做了大量的研究工作，对材料组织结构与力学性能之间进行了比较深入的分析与探讨。例如Gibson LJ等总结了泡沫铝夹心结构在弯曲载荷作用下的面板屈服、面板褶皱、芯层屈服以及压痕等几种典型的失效方式[19]，通过将初始失败载荷与失效模式的图形进行对比分析，判断并且预测了材料的失效模式。这种方法对泡沫铝夹心结构的承载能力的估算及设计具有一定的参考意义，但是由于参照的失效模式图为针对实体夹心结构构建，未考虑芯层泡沫铝的各向异性等因素，因此存在一定的分析误差。
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第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 现阶段存在的问题 4
1.4 泡沫铝夹芯板的应用领域 5
1.4.1 在汽车工业的应用 5
1.4.2 在企业机床上的实践 6
1.4.3 在建筑行业里的使用 6
1.4.4 在航空航天方面的运用 7
1.5 泡沫铝夹芯板的制备方法 7
1.5.1 物理连接方法 8
1.5.2 冶金连接方法 8
1.6 本文的研究目的和意义 9
第2章 实验原料及设备 11 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
2.1 实验原料 11
2.2 实验制备设备 11
第3章 实验过程及方法 13
3.1 实验工艺流程 13
3.2 混料 13
3.3 金属面板的预处理 14
3.4 预制体的制备 14
3.5 发泡工艺步骤 17
第4章 实验数据分析 21
4.1 宏观表征 22
4.2 芯部泡孔部分材料分析 23
4.3 微观表征 24
4.3.1 金相显微镜拍照分析 24
4.3.2 扫描电镜及能谱仪拍照分析 26
结论 31
参考文献 32
致谢 35
第1章 绪论
1.1 引言
多孔泡沫金属材料是一种由固态形状架构在平面上交错从而构成的大量的细胞状的多气孔金属材料，是一种典型的轻质的低成本金属材料。泡沫铝中的根据泡孔的不同又可以分为开孔和闭孔两种，本文中采用的泡沫铝材料为闭孔泡沫铝[1]。由于泡孔的存在，泡沫铝材料和普通的实体材料（无泡沫铝材料）相比就有了许许多多的优越的性能。它具有轻质、高比刚度、高比强度、高能量吸收等优点，兼具隔热、吸声、减震、电磁屏蔽等功能，俨然已经成为航空航天、交通运输、建筑甚至是军工业等诸多领域的前沿热点材料。泡沫铝材料由于其密度比水低，且其强度超过了普通的铁，可放在水面上漂浮而不下沉。
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图11 几种泡沫铝板形貌
上面两组图中左边为开孔泡沫铝，右图为闭孔泡沫铝材料。
三维立体形态的多边形组建成了这样的抛空结构,这样的多维性的泡孔材料叫做“泡沫材料”。假如组建的泡沫体的只不过是孔穴的棱界,那么就称呼这种泡沫体为“开孔的”。反过来说，假如多面体的表面是关闭的,因此导致各个孔穴都与其相邻的孔穴两者之间闭合分开,那么就称这种泡沫体是“闭孔的”[2]。
泡沫铝作为泡沫材料的类型之一，它可能的去向的一种方向就是把它加工成泡沫铝夹芯板。泡沫铝夹芯板材料除了包含泡沫铝的各种表现出色的性能以外，还拥有具有面板/芯层界面的冶金结合效果的泡沫铝夹芯结构材料，不仅在宏观上具有夹心结构特性，解决了单一泡沫铝强度较低、难于连接等问题，又具有极佳的比强度、比刚度以及吸能能力[3]。因此，泡沫铝夹心结构被认为是一种极具潜力的新型金属基复合材料，也是多孔泡沫金属材料在近空间航空领域的工程化应用的重要发展方向。
但是由于受到了制备技术以及相关的基础理论知识方面的限制，导致制作出来的泡沫铝夹心材料的相关性能指标达不到要求。迄今为止，对于我们的国家来说，怎么样去加工制造形成一种较为优质的泡沫铝夹心材料，如何在较大地范围内实现那种规模化、量产化的生产模式还是一个比较棘手的问题。目前，关于制备泡沫铝夹心板的实验研究大多还是集中在高校的实验室以及相关材料企业的科研所，还处于实验阶段，西方发达国家又把该项的高端技术列入了保密领域，工程领域应用背景薄弱，想要用泡沫铝夹心板材料代替传统的一些金属材料，还有很长的一段路是我们所必须探索的。国家在现在的这个时间段要求各个企业要做到节约能源，减少污染的排放，一般的黑色方面的材料（比如钢铁方面）很明显不可以做到节能减排的要求。因此，开发出一种适合于我国现阶段基本国情的、效率较高的、流程较短的，较为节省能源和材料的关于制备泡沫铝夹芯板的新型制备技术迫在眉睫，这对于我国的国民经济发展极具重要意义[4]。
论文拟从国内外泡沫铝夹芯板研究现状、制备及表征入手，进行试验。在此基础上，通过阅读文献和实验分析比较，探讨泡沫铝三明治夹芯板制备工艺。论文拟以泡沫铝夹芯板的制备以及冶金结合复合材料界面的组织演变为主线，充分考虑材料在飞机地板、机舱侧衬板以及门衬板、尾翼等部位的力学要求，测试分析不同温度。不同密度下泡沫铝夹芯板示波冲击过程中泡沫和金属基面板的弹塑性本构关系及能量吸收规律，结合力学与材料科学相关知识，系统研究极端低温环境中泡沫铝夹芯板的承载能力、失效模式、变形机理和吸收情况的基础性指标，以此预期设计开发符合我国民用大飞机发展趋势的泡沫铝夹芯材料，进而为近空间飞行器轻量化多功能的优化设计提供理论基础与技术支持。
1.2 国内外研究现状
近些年来，国内外的研究学者更多地是针对泡沫铝夹心结构的静态三点弯曲、低速高动能冲击、高速冲击等此种材料的力学性能做了大量的研究工作，对材料组织结构与力学性能之间进行了比较深入的分析与探讨。例如Gibson LJ等总结了泡沫铝夹心结构在弯曲载荷作用下的面板屈服、面板褶皱、芯层屈服以及压痕等几种典型的失效方式[19]，通过将初始失败载荷与失效模式的图形进行对比分析，判断并且预测了材料的失效模式。这种方法对泡沫铝夹心结构的承载能力的估算及设计具有一定的参考意义，但是由于参照的失效模式图为针对实体夹心结构构建，未考虑芯层泡沫铝的各向异性等因素，因此存在一定的分析误差。
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