高吸能性泡沫鋁材料製備基礎研究

《高吸能性泡沫鋁材料製備基礎研究》是依託東北大學，由曹卓坤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高吸能性泡沫鋁材料製備基礎研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：曹卓坤
• 依託單位：東北大學

中文摘要

製造汽車保險槓、坦克複合裝甲和航天飛船返回倉等需要高吸能性泡沫鋁材料，目前工業化生產的泡沫鋁材料基體成分相對固定，或脆性大、或強度低，不能完全滿足實際需求。本項目擬使用氧化物顆粒和碳纖維作為泡沫鋁的增強劑和穩定劑，消除對基體成分的限制，研製使用高性能鋁合金製備泡沫鋁，利用複合材料基體的高強度和變形時界面的開裂、滑動特性提高泡沫鋁的吸能性能，解決高吸能泡沫鋁需要同時具備高孔隙率和高強度這一難題。對製備過程中涉及的泡沫穩定機理這一關鍵問題進行研究，擬通過試驗研究和與水溶液泡沫體系的研究結果進行對比，建立具有一般性的理論數學模型，找出影響泡沫穩定性的主要因素，提出提高泡沫穩定性的方法。針對實際套用時泡沫鋁需要在不同應變速率下變形，使用準靜態和高速壓縮實驗研究泡沫鋁密度、孔結構和基體成分以及應變速率對其吸能性能的影響規律，建立對實際套用有指導意義的基礎理論，形成製備高吸能性泡沫鋁材料的技術原型。

結題摘要

製造汽車保險槓、坦克車複合裝甲和航天飛船返回倉等需要高吸能性泡沫鋁材料，目前工業化生產的泡沫鋁材料基體成分相對固定，或脆性大、或強度低，不能完全滿足實際需求。本項目使用氧化物顆粒和碳纖維作為泡沫鋁的增強劑和穩定劑，消除對基體成分的限制，研製使用高性能鋁合金製備泡沫鋁，利用複合材料基體的高強度和變形時界面的開裂、滑動特性提高泡沫鋁的吸能性能。對製備過程中涉及的泡沫穩定機理這一關鍵問題進行研究，通過建立理論數學模型表述影響泡沫穩定性各因素間的複雜關係，形成了具有一般性的液態金屬泡沫穩定理論，找出了影響泡沫穩定性的主要因素，明確了提高泡沫穩定性的方法。製備出了粉煤灰複合，短碳纖維複合，以及鋁合金基等多種高系能性泡沫鋁材料，壓縮強度最高達到14.5MPa，為目前國內外報導的同密度泡沫鋁材料壓縮強度最高值。並研究了泡沫鋁材料在多種變形條件下的吸能機制，載荷形式包括準靜態壓縮、高溫壓縮、落錘衝擊載荷、霍普金森壓桿高速衝擊載荷，以及爆炸衝擊載荷等。結果表明，碳纖維複合泡沫鋁材料對應變速率有一定的敏感性，即隨應變速率的增加，其強度和吸能量也隨之增加，這主要與複合材料基體記憶體在大量界面有關。在爆炸衝擊載荷下，衝擊波在泡沫鋁內迅速衰減，且隨泡沫鋁厚度和密度的增大，衰減速率增大。在進行基礎研究的同時，積極推廣研究成果在實際套用的設計和研究，設計研究了泡沫鋁/鋁管複合吸能結構，並將泡沫鋁材料適用於新能源校車防撞模組、飛彈運輸車防地雷底板等多項實際套用研究。