孔特性可控的轻质YSZ泡沫陶瓷制备及其力学性能研究

采用颗粒稳定泡沫的方法制备出闭孔结构、孔径均匀分布和轻质的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)泡沫陶瓷。研究烧结温度、表面活性剂种类和固含量对泡沫陶瓷骨架组成、孔特性（包括孔隙率、孔径分布和平均孔径）和压缩强度的影响规律。结果显示,孔隙率处于45-85 %之间时,YSZ泡沫陶瓷的压缩强度与孔隙率之间的关系符合Rice模型;在1450 ℃烧结温度及固含量为32.50 vol%时,采用异丁烯与马来酸酐共聚物分子和阳离子型表面活性剂十二烷基三甲基氯化铵共稳YSZ湿泡沫制备出的材料综合性能最优,孔隙率为83.7±0.2 %、平均孔径90.1±0.8 μm、压缩强度45.1±1.3 MPa。在相同孔隙率的情况下,YSZ泡沫陶瓷的压缩强度高于大多数已报道的结果。     

泡沫钛制备及力学性能评价研究

利用占位体烧结法在不同的占位体粒径、体积分数以及不同的烧结温度、时间条件下制备出泡沫钛。采用光学金相、扫描电镜等对泡沫钛的孔隙结构进行分析;通过室温压缩实验对泡沫钛的力学性能进行评价。结果表明,泡沫钛孔隙横截面呈圆形,纵截面呈椭圆形,其孔隙率与占位体体积分数的差值随占位体粒径、体积分数的增加、烧结温度的升高、时间的延长呈升高的变化趋势。同时,烧结温度越高,所制备的泡沫钛孔壁越致密。与传统的泡沫材料不同,泡沫钛应力-应变关系曲线并没有出现明显的应力平台,抗压缩强度和弹性模量随孔隙率的增加呈下降的变化趋势,当孔隙率为67.6%时,抗压缩强度和弹性模量分别达到14.4 MPa和1.17 GPa。抗压缩强度随孔径的增大呈先升高再降低的变化趋势,而弹性模量随孔径的增加基本不变,当孔径达到1.15～1.53 mm时,其抗压缩强度和弹性模量分别达到48.9 MPa和1.72 GPa。     

离心法制备氧化铝-氧化锆泡沫陶瓷过滤器

通过在发泡聚苯乙烯模板内的离心成型方法来制备Al2O3-ZrO2泡沫陶瓷过滤器,测量了浆料在不同pH值下的Zeta电位,分析了浆料的固相含量对离心时间的影响。观察了不同离心加速度和浆料固相含量下产物生坯密度的变化,测量了最终产物的烧结密度、收缩率、孔隙率和压缩强度,并通过扫描电镜观察了烧结试样的显微结构。试验结果表明,在pH=10时,浆料具有较好的分散性。在较低的固相含量和较高的离心加速度下,浆料的分离现象明显,生坯中出现密度梯度。但在高的固相含量(50%,体积分数)下,分离现象被抑制,孔筋具有较高的生坯密度(61.5%)和烧结密度(91.1%),最终产物的孔隙率在75.3%～83.1%,压缩强度为2.07～3.82 MPa。     

尿素作为造孔剂制备泡沫钛的结构和力学性能

采用针状尿素作为造孔剂,在造孔剂含量介于60%~80%的情况下进行了泡沫钛的制备。通过造孔剂技术成功地制备出孔隙率介于50.2%~71.4%的泡沫钛。扫描电镜结果表明,孔的连通程度随着造孔剂含量的增加而增加,当造孔剂含量超过70%时形成开孔泡沫钛。力学性能测试结果表明,力学性能随着孔隙率的增加而减小,试样的屈服强度、抗压强度和杨氏模量分别介于34.4~146.8 MPa、40.6~193.2 MPa和0.5~3.3 GPa。孔隙率为50.2%和71.4%的泡沫钛的杨氏模量分别匹配于皮质骨和松质骨的模量,理论上可作为潜在的骨替代材料。     

固相含量对热固性硅树脂压注法制备的硅基陶瓷型芯性能的影响

以热固性硅树脂作为增塑剂,无定形二氧化硅粉末作为基体材料,利用压注法制备了硅基陶瓷型芯,研究了硅基陶瓷浆料的流变性能以及基体固相含量对陶瓷型芯性能的影响。研究结果表明:在固相含量为50vol%,添加1 wt%的分散剂时可以获得具有较好流动性的硅树脂陶瓷浆料,浆料呈现剪切变稀的特性;随着基体固相含量从45vol%增加到54vol%,陶瓷型芯的失重率和收缩率逐渐减小,体积密度逐渐增大,显气孔率逐渐减小,室温抗弯强度逐渐增大。在54 vol%固相含量时,获得收缩率为1.43%,体积密度为1.60 g·cm-3,室温强度为7.93 MPa的型芯样品。     

粉末冶金法制备SiC_p/2024Al泡沫复合材料的表征(英文)

为了丰富泡沫材料制备工艺、推动其快速发展与广泛应用,以CaCO3为发泡剂采用粉末冶金法制备SiCp/2024Al泡沫复合材料。采用SEM和Magiscan-2A图像分析仪研究了CaCO3发泡剂和SiC颗粒的含量对发泡行为的影响,并且通过Gleeble 1500热模拟机分析了SiC颗粒的含量对压缩性能的影响。结果表明:随着发泡剂的增多,孔隙率和孔径先增加后减小。随着增强体含量的增加,孔隙率和孔径都减小。压缩曲线揭示加入增强体可以改善压缩屈服强度和吸能能力。SiCp/2024Al泡沫复合材料显示为脆性泡沫材料。     

孔隙率对电子束选区熔化多孔钽支架力学性能的影响（英文）

研究了孔隙率对电子束选区熔化(EB-PBF)多孔钽支架压缩、弯曲和拉伸性能的影响。通过改变多孔钽支架设计孔隙率以及调整熔化工艺参数,获得了孔隙率为69%～77.8%的多孔钽支架。研究表明,随着能量密度的增加,多孔钽支架中的孔洞和未熔融粉末减少。随着孔隙率的下降,多孔钽支架的力学性能增加。EB-PBF多孔钽支架压缩屈服强度、弯曲屈服强度以及拉伸屈服强度与相对密度的关系可以用指数模型来描述,弹性模量则与相对密度较好地符合Gibson-Ashby模型。多孔钽支架在压缩、弯曲和拉伸试验中均表现出良好的延性,在压缩过程中没有发现杆筋断裂,但在90°弯曲后,多孔钽杆筋表面出现裂纹,这主要是由于对氧化物引起的缺陷具有较高的敏感性。     

球形孔泡沫铝合金压缩性能与理论模型

研究了孔隙率低于65％的球形孔泡沫铝合金的单轴压缩应力应变曲线、吸能能力和吸能效率,并与多面体形孔泡沫铝合金比较,表明球形孔使力学性能有较大提高。采用球形自洽模型研究了球形孔泡沫铝合金的屈服应力与孔隙率关系,与实验结果吻合良好,表明该模型可以有效地预测球形孔泡沫铝合金的屈服强度。     

梯度孔结构泡沫镍铬合金滤管的制备及性能

以聚氨酯泡沫为前驱体,使用气雾化Ni-20Cr粉末为原料配制水基浆料,采用有机泡沫浸渍工艺制备了具有梯度孔结构的泡沫Ni-20Cr合金滤管。研究了不同烧结温度和装填方式对泡沫金属滤管烧结效果及力学性能的影响,并测试了烧结后泡沫滤管的力学性能和透气性能。结果表明:泡沫素坯经低温预烧+高温烧结的两步烧结工艺后可得到收缩均匀的泡沫合金滤管,孔筋结构均匀、无堵孔且复合界面结合良好。其室温压缩屈服强度大于3 MPa,且随着挂浆量的增加其屈服强度可达4.43 MPa;由于泡沫合金滤管高的孔隙率和大的孔径,且孔结构呈梯度变化,其在气体流量相同的情况下压差明显小于传统粉末冶金烧结多孔管。     

植物种子模板法制备Al_2O_3泡沫陶瓷的研究

将小米种子排列成模板,通过在模板内对Al2O3浆料进行离心成形来制备孔径均匀的Al2O3泡沫陶瓷。观察了浆料固相含量对Al2O3生坯密度均匀性的影响,研究了植物种子特性对Al2O3生坯干燥和焙烧行为的影响,测量烧结产物的密度、收缩率、孔隙率和压缩强度,并通过体式显微镜和扫描电镜观察Al2O3泡沫陶瓷的宏观结构和显微组织。研究结果表明,小米和Al2O3生坯具有较好的收缩匹配性,干燥后可以保持生坯形状完整。在较高的固相含量(50%,体积分数)下,离心时的物质分离现象被抑制,孔壁具有较高的生坯相对密度(63.8%)。1500℃烧结2h后,Al2O3泡沫陶瓷具有致密的孔壁和较高的烧结相对密度(98.9%),其孔隙度为66.5%,抗压强度为5.26MPa。     

盐球渗透铸造法制备开孔泡沫铝的孔结构及压缩性能

使用圆盘造粒机制备近球形的NaCl颗粒,并将其用于渗透铸造制备开孔泡沫铝。盐球的平均抗压缩强度为3.9 MPa,在超声波清洗机中可在5 min内完全塌陷。通过控制热压烧结时间为0.5～2 h,热压温度700℃,可制备堆积密度在0.66～0.83 g/cm³的预制体。延长热压烧结时间会使开孔泡沫铝的孔径从0.48 mm增加到1.16 mm,孔隙率从64%增加到82%。压缩实验结果表明,不同孔隙结构下泡沫体的宏观变形特征基本相同,均表现出逐层塌陷的变形特征。此外,泡沫铝的致密化应变值、弹性模量、平台屈服应力和能量吸收能力均随着孔隙率的增加而降低。当孔隙率为64%时,能量吸收能力最大(15.0 MJ·m^-3)。     

CaCl2作为造孔剂制备泡沫青铜的结构和力学性能

以青铜粉为原料、CaCl_2为造孔剂,采用粉末烧结溶解法制备开孔泡沫青铜。通过改变造孔剂体积分数和粒径成功制备出孔隙率为70%~90%,孔径1~3mm的泡沫青铜试样。研究了孔隙率和造孔剂的关系以及孔隙率、孔径对泡沫试样力学性能的影响,并对其孔结构,相组成和微观形貌进行观察和分析。结果表明:泡沫青铜试样的塑性屈服平台应力随孔隙率增加而减小,当孔隙率为77%~89%时,对应塑性屈服平台应力为12.6~2.6MPa。当应变量为50%时,孔隙率为77%~89%的泡沫青铜单位体积能量吸收值(W)范围为6.21~0.91MJ/m~3。试样的理想吸能效率(I)都接近0.82,说明泡沫青铜可以作为一种理想的吸能材料。     

聚氨酯模板法低温制备氧化铝泡沫陶瓷过滤器

利用聚氨酯海绵浸渍电熔氧化铝粉末与磷酸二氢铝制成的浆料,得到挂浆素坯,素坯经800℃热解制备了氧化铝泡沫陶瓷过滤器。研究了磷酸二氢铝含量对氧化铝泡沫陶瓷微观形貌、体积密度、线收缩率与抗折强度的影响。结果表明:磷酸二氢铝含量低于10%时,制备的泡沫陶瓷孔筋存在断筋与坍塌缺陷,力学性能较差;随磷酸二氢铝含量的增加,泡沫陶瓷的线收缩率有轻微增大,而体积密度与抗折强度都大幅提高,在磷酸二氢铝含量为30%时,可制得线收缩率为0.85%、体积密度为1.21 g/cm3、抗折强度达4.55 MPa的氧化铝泡沫陶瓷。     

T4态轧制变形Al-(1.44-12.40)Si-0.7Mg合金板材屈服强度的预测（英文）

采用激光扫描共焦显微技术(LSCM)、DSC、TEM和拉伸试验系统研究Si含量对T4态Al-(1.44-12.40)Si-0.7Mg(质量分数,%)合金板材显微组织和屈服强度的影响。结果表明:随着Si含量的增加,合金板材的再结晶晶粒细化。当Si含量从1.44%增加到12.4%时,合金板材的晶粒尺寸从约47μm减小到10μm。此外,随着Si含量的增加,基体中GP区的体积分数略有增加。在已有模型的基础上,提出预测合金板材屈服强度模型。模型结果与实际实验结果吻合较好,并揭示T4态Al-(1.44-12.40)Si-0.7Mg合金板材的强化机理及Si含量的变化对各种强化机制的影响。     

HD+SPS多孔镁的制备及其组织性能研究

利用氢化脱氢(HD)+放电等离子烧结(SPS)工艺制备了多孔镁块体材料,研究了不同MgH_2含量下多孔镁孔隙率、孔结构及压缩和吸能性能。结果表明,HD+SPS法制备的总孔隙率分别为7.5%和17.8%的多孔镁,且其孔径尺寸细小,内部组织均匀;孔隙率为17.8%的多孔镁具有相对较低的压缩屈服强度43 MPa,单位体积吸能较高,为34.04 MJ/m~3,最大能量吸收效率为1.42。17.8%孔隙率的多孔镁压缩应力-应变曲线较7.5%孔隙率的多孔镁有相对较低的屈服强度及较长的应力平台阶段,在能量吸收材料应用上更具优势。     

骨架结构对SiC/Al双连续相复合材料的影响

用挤压铸造法制备了不同结构的SiC泡沫增强ZL109双连续相复合材料,研究了增强体骨架结构(筋的结构、泡沫孔和体积分数)对复合材料压缩性能和弯曲性能的影响。结果表明:SiC泡沫增强体的筋的结构影响了界面的结合,影响了材料的压缩性能;当筋具有三明治结构时,复合材料的强度最大;当筋具有双层结构时,复合材料的强度最低;随着SiC泡沫孔径的增大,复合材料的压缩强度、弹性模量和屈服强度都有所提高,材料的屈服应变减小,弯曲强度先升高后降低,弯曲强度在泡沫孔径为1.5 mm时达到最大值;复合材料的压缩强度随着增强体体积分数的增大而提高,屈服应变随着体积分数的增大而减小。     

多孔钛的制备及力学性能研究

以NaCl作为造孔剂,采用粉末冶金法成功制备多孔钛。研究了烧结温度和NaCl添加量对多孔钛的孔隙率、物相结构、孔隙微观形貌及力学性能的影响。结果表明,制备出的多孔钛由α-Ti组成且无残留的NaCl存在;随NaCl添加量的增加,样品的孔隙率显著提高。随着烧结温度的升高,孔隙率变化规律不明显,而钛晶粒则逐渐变大。多孔钛的压缩屈服强度随NaCl添加量的增加而明显降低,而随烧结温度的升高先增加后降低。     

烧结工艺对316L不锈钢3DP打印件性能的影响

基于3DP技术制备出316L不锈钢生坯,并将其固化、脱脂,然后在1 385、1 410、1 435℃下进行高真空烧结,探索打印生坯采用无压烧结致密化的可行性,探究烧结工艺对试样密度、力学性能和拉伸断口的影响。结果表明,打印毛坯通过无压烧结来实现致密化是可行的。随着烧结温度增加,试样的致密度提高、尺寸收缩增大,材料的强度、塑性等力学性能也随之大幅改善,在1 435℃烧结时其致密度最大,达到88.7%,体积收缩率为37.0%,屈服强度为160 MPa,接近商用316L不锈钢(177 MPa)的水平,抗拉强度为355 MPa,伸长率达到26.4%。     

塑性中孔隙率通孔多孔铝的压缩性能研究

在采用熔模铸造工艺制备孔径d=2.5~3.5mm和d=3.8~4.3mm,孔隙率P=56.8%~86.6%的通孔多孔铝基础上,通过单轴压缩试验,研究通孔多孔铝的压缩性能和吸能能力。通孔多孔铝单轴压缩应力应变曲线,呈现线弹性变形、塑性平台段、压缩紧实阶段3个阶段;通孔泡沫铝的压缩屈服强度、吸能能力随着孔隙率增大而减小,采用Gibson-Ashby的模型拟合通孔多孔铝的压缩屈服强度。     

通孔多孔铝的压缩性能研究

在采用复模铸造工艺制备孔径d=2.5~3.50 mm,孔隙率P=56.8%~86.1%通孔多孔铝的基础上,通过单轴压缩试验,研究了通孔多孔铝的压缩性能和吸能能力。通孔多孔铝单轴压缩应力-应变曲线,呈现线弹性变形、平缓塑性变形和压缩紧实3个阶段。通孔泡沫铝的压缩屈服强度、吸能能力随孔隙率增大而减小,采用Gibson-Ashby的模型拟合通孔多孔铝的压缩屈服强度。