多孔金属材料应力力增强现象的研究

多孔金属材料应力力增强现象的研究 态匿型I叁堂谴班宜生堂鱼筮这二一I NVESTIGATI ONON THESTRESSFORCEENHANCEMENT OFTHE CELLULARMETALLICMATERI ALSABSTRACTCel l ul ar metal l i c materi al shaveenormousspeci fic bendi ng strengthandstiffnessstrong energyabsorpti onabi l i ty,hi ghpermeabi l i tyandgoodthermalconductivi tywhi chsati sfythei r wi deappl icati onsi nmanyfi elds，suchasaerospace，automobi le，constructi on，packagi ng，shi ps，andprotecti onproj ectsIn theextensi veresearch of thei rstati cand dynami cmechani calpropemes，many signi ficantresul tshave beenachi evedespeci al l yi n thestudyofthemechani sm of strai n rateeffecti n thei rdynamicdeformati onprocessHowever,thepossi bil i tyof stressforce enhancementi ncel l ul arsol i din thepropagati onofshockwaveshas beenneglected，andSOfar，theobserved stressforceenhancementaremai nl yint woaspects1)undertheacti on ofi mpactvel oci tyl oadthecri ticalcol lapsestress andplateaustress i ncreasewtthi ncreasingof thei mpactvel oci tyl oad；2)the i mpacteffect on theprotectedobj ecti s muchmore thanthe imposedl oadVi zthe outputstressforceISenforced，whi chbri ngsworsedamagetotheprotected obj ectand reversesthepurposeofusi ngthe cel l ul armetal l ic materi alas crashworthinessmateri alTherefore，a prehensiveandsystemati cstudyon thegenerati onandmechani smofthe stressforce enhancementis demandedIn thispaper，by adopti ngthe modifi edSplitHopki nsonPressureBar，a lotof stressforce enhancementexperimentswereperformedwi ththree ki nds ofcel l ul ar metal lic materi al(cl osedcel lal umi num foam，opencel lal umi num tbamandhexagonalal umi numhoneyb)intwo experimentalconfi gurati onsJhefi rstconfigurati onis that the bul l eti mpactsthe sampleand theoutputbar，andV态厦型工丕望王翌型窟生堂僮途塞the otheristhat thebul let andsampl etogetheri mpacttheoutputbarNext，byappl yingthe one-di mensional stresswavepropagati ontheoryandusi ngtherate-i ndependentri gid perfectl y-pl asti c locki ngstressstrai nmodeland elastic-perfectlypl asticri gid locki ngstressstrai nmodel，the dynamicstresses behi ndthe shock front in twoexperimental configurati onswerededuced and thecondi tions forthe existence ofshock wavewereprovi dedtooThi rdly，thecorrespondi ngfini teel ementmodel swere createdbyadoptingtheETA FembPCPreProcessorV29fETACornUSA)；the numeri calsi mul ati onanalyseswere undertaken wi thLSDYNA3D970ontheHPJ6750workstati on；theexperi mentalresultstheoreti calanalysesconcl usions andnumeri cal si mul ati onresults werepared andanal yzed；and therel evantparametersofthecel l ul armetal licmateri alwereresearchedFi nal lythe2D Voronoirandom model swereestabl ished toresearch theeffects ofrandom factorsonthe stressforceenhancementbecause thenumeri calsi mul ation wasundertakenwi th continuousmedi umcrushabl ef oamand thatcannotrefl ectthe realpropertiesof cel l ul armetalli cfoam，suchas theshapei rregul ari tyof cel l ul arcell，therandomvari ationofcell wal lthi ckness and therandom deleted cellwal lsFrom theabove studies，concl usions aredrawn asfol lowsFor acertai nkindof closedcel lalumi numf oamwi thagi venrel ati vedensityand celldi ameter，whenthei mpact vel oci tyi sgreaterthanorequalto acri ti calspeedshock fronti S formedand thedynamicstress behind shockfront iSgreaterthan the stress ahead，SO thatthe stress enhancementappearsTheoreti calanalysi sandnumeri calsi mulation indi catethatthe i nfluence ofthebul letS mass onthestress enhancementcan beignored whenthemass ratio ofthebullet andthe specimen i sgreaterthan acertai nval uethestress，strai nand particalvel oci ty jumpexi stintheopencel lalumi numf oam inthewavepropagati ontoform theshockwave，becausethe stressstrai ncurveof theopencel lalumi numfoamhas thecharacteri stics ofi ncrementalhardeningmateri alandthevel ocity ofthepl asticwave wi thhi ghampl itudeperturbati oni sgreaterthan thatwi thlowampl itude pertubationThereby，stressenhancementappearswhen theoutputstress isgreaterthanthei nputstress，whi chbringsseri ousdamagetothe protectedobjectFor theopencel lalumi numfoam，the ourenceof stressenhancement defeFSVI态丛型工丕堂簋丛宜生堂僮途塞wi th the increase oftheirthi cknessunder thesamei mpactvel ocity，butthevel ocityof stressenhancementremai nsconstantAl soit is reveal ed in theexperimentalresearch，theoreti calanalysi sandnumerical simulationthat theirdynami cstressbehindshockfrontincreasewiththeimpactvel ocity，j ustasthecl osedcel Ialumi numfoamForthehexagonalal uminumhoneyb materi al，whenthei mpactvelocityisgreater thanacertai ncri ticalspeed，stressenhancement al soappearsand thatiSrel atedto theimpactveloci tyandthe thi ckness ofthehoneybmateri alThe stressforce enhancementof。 realcell ular material s underimpact l oadswas studied withthe2D VoronoirandommodelsByanal yzingthe effectsoftheirregul arityofcellshape，the uniformi tyofwal lthicknessand therandoml ydel etedpercentageof cel lwal lsonthe existence ofstressforce enhancementandthepeak stress，itisindi catedthat thereisa criti call oad and stressforceenhancementappearswhen thei mpactl oad isgreaterthanit；stressforceenhancement iscl oselyrel atedtO theintensi tyofi mpact load，theirregul arityofcel lshape，the uniformi tyofwallthicknessandtherandomlydeletedpercentageofcellwall；andstressforce enhancementappearsearli erthanexpectedwi ththei ncreaseofimpactload，and theremay evenbe asecond stressenhancementNumeri calsimulati onanalysi sbyusi ngthe2D Voronoirandommodelreveal sthat whentherectangul arimpactloadis small andirregulardegree ofthemateriali s10，stress enforcementappearsi nthenondensephasewi ththel asting ofputati onti me，whi chi smainl ycausedbytherandom distri butionofthe celIs intheceIl ular metalliC foamKEY WORDScell ular metallicmateri als，stressforce enhancement，i mpactvelocity，numeri calsimulation2D Voronoirandom modelVII态愿堡!太堂蝗盟荭垡堂僮途塞目录第一章绪论?111引言?112多孔金属材料的制作与应用?4121多孔金属材料的制作?4122多孔金属材料的应用?61221多孔金属材料结构方面的应用?71222多孔材料功能方面的应用?1013力应力增强的概念瞄“?1414国内外研究现状?18141多孔金属材料的研究现状?18142多孑L金属材料的应力力增强研究的现状?2515本文工作?28第二章应力增强的实验研究?2921实验方法的选择?29211动态压缩试验机?29212落锤试验机?30213冲击摆试验?30214直接撞击试验?30215分离式霍普金森杆试验?一一一一一一二出一一216激波管试验?3222实验设备的选取?3223实验试件的制作?34231泡沫材料试件的制作?34232铝蜂窝材料试件的制作?3624实验结果与分析37241实验装置?37242实验结果与分析，372421闭孔铝泡沫实验结果与分析?422422开孔铝泡沫实验结果与分析412423铝蜂窝实验结果与分析?46243实验结果总结与结论49第三章应力力增强现象的机理研究?50l X态厦型工态茎盥丝红生堂位论塞31一维应力波理论?“?5032子弹和试件一起发射撞击静止的输出杆?53321与速率无关的理想刚塑性一密实化模型?54322弹性一理想塑性一密实化模型?5833发射子弹撞击静止的试件与输出杆?5934冲击波的波阵面上运动学存在条件?6235理论分析与实验结果的比较?6336本章小结。 ?。 。 66第四章多孔固体应力增强的数值模拟实验分析?6841I涨糊有限元分析程序的简介及材料模型的选取?68411有限元分析程序的简介”。 1?68412铝泡沫材料模型的选取”1?6842铝泡沫材料应力增强的数值模拟?70421闭孔铝泡沫材料应力增强的数值模拟?704211闭孔铝泡沫材料应力增强有限元模型的建立?704212闭孑L铝泡沫材料应力增强模拟结果?73422开孔铝泡沫材料应力增强的数值模拟?754221开孔铝泡沫材料应力增强有限元模型的建立?754222多tTL铝泡沫材料应力增强模拟结果?7642221孔径为15mm、相对密嫂为038开孔铝泡沫模拟结果7642222孔径为075mm、相刈密度为0，1开孔铝泡沫模拟结果7843铝蜂富挝鲞崆力增强的数值模拟79431六边形铝蜂窝材料应力增强有限元模，l!的建立?79432六边形铝蜂窝材料应力增强模拟结身t J分析?8l4321第一种铝蜂窝应力增强的模拟结果与分析814322第二种铝蜂窝应力增强的模拟结果与分析?834323第四种铝蜂窝应力增强的模拟结粜与分析?8444本章小结?86第五章应用Voronoi模型研究应力力增强现象?8951二维Voronoi模型的建立8952二维Vol-orl oi模型准静态下的特性?94521不规则度k。 对多孔金属材料准静态特性的影响?94522孔壁厚度的不均匀性k，对多孔金属材料准静态力学性能的影响?95523孔壁不完整性对泡沫金属材料准静态力学性能的影响?95524泡沫金属材料在拟静荷载作用变形性能?96X态厘型工态堂陵丛痘生堂僮途塞525准静态作用下力学特性的小结?9753矩形脉冲载荷作用下二维Voronoi模型应力增强的数值模拟?97531分析模型验证?97532泡沫金属材料在矩形冲击载荷作用下的变形模式?98533应力波在泡沫金属材料中的传播?99534不规则度k对应力力增强的影响?103535孑L壁厚度不均匀度k，对应力增强的影响?104536随机孔壁不完整性对应力增强的影响?105537应力增强与加载时问的关系?106538小结107第六章全文总结10861总结与结论?10862工作展望?110参考文献?1ll致谢?124攻读学位期间发表的学术论文?125博士学位论文独创性说明?126X【态厘型苤堂擅丛宜生堂僮论塞第一章绪论11引言多孑L固体是指一种由形成胞孔的棱边和壁面的固体杆或固体板所构成的相互联接的网络体3。 众所周知多孔固体具有非常令人感兴趣物理和力学特性，比如高比刚度、高比强度、强的吸收能量的能力、高的渗透性以及高的热传导性等-。 由于这些良好的性能，自然界的各种动植物经常利用多孔固体作为结构材料或者功能材料，比如软木H、网状骨质、墨鱼骨质、植物的叶与茎j等，如图1所示。 这些天然多孔固体能够长期承受很大的静态载荷、动态载荷和周期载荷，满足动植物的各种需要。 人类在自身的社会实践中也不断的利用天然多孑L崮体，但是随着高新技术的发展，人们已不再满足于单纯利用天然的多孔固体，研制了许多人造的多孔固体。 (a)软木垂直于树径切面(b)软木平行于树径切面(C)墨鱼骨质5警琶零，_拿轰蕊，图11天然多孔材料?Fi g11Natural cellular materials在人造的多孔固体中，三种典型结构如同卜2所示?。 图卜2(a)中所示的是由多边形进行二维排列，在第三方向拉伸成棱柱而构成的一种最简单多孔固体，称之为蜂窝材料，有时也被称为格栅材料n1。 图12(b，C)中所示的是由三维空间多面体构成更普遍的一态丛型太堂盟型f宜生堂僮途塞一种多孑L固体，称之为泡沫材料。 如果组成多孔固体空问多面体(胞孔)只有棱边，则称之为开孔的泡沫材料，如图卜2(b)所示。 如果组成多孔固体空问多面体不仅仅有棱边，而且还有壁面，即每个多孔固体空间多面体都与其相邻的空间多面体相互封闭隔离，称之为闭孑L的泡沫材料，如图卜2(C)所示。 多孔固体按其微观结构规则程度可以分为无序和有序两大类，前者主要指泡沫化的材料，而后者主要指点阵材料，因其微观结构与晶体点阵构型类似而得名3。 泡沫化的材料主要指利用各种不同的技术把固体进行泡沫化而得到的多孔固体。 比如，聚合物的发泡是通过将气泡充入液态单体或热聚合物，使气泡长大并且稳定，然后经交联或冷却使其整体固化m J；金属泡沫材料可以由液态加工方法制得，也可以由固态加工方法制得盯?。 点阵材料按其微观结构构造形式的不同可以分为二维和三维点阵材料。 二维点阵材料主要是指蜂窝材料，如图卜2(a)所示。 三维点阵材料则是由杆、板、圆球等微元件按图12典型的人造多孔固体”。 Fi g12Typi calmarlmade cellularmaterials(a)两层桁架结构和多层桁架2图13三维点阵材料睁川Fi g13Threedi mensionall attice mateIials2态匝型工厶堂盟丛定生堂僮诠塞(b)镍泡沫(c)铝泡沫m1图14多孔金属材料11121Fi g14Cel lular metal materials一定规则重复排列构成的空间结构，如图13所示1?。 多孔固体按其母材的不同可以分为多孔金属材料和多孔非金属材料。 多孔金属材料目前主要利用的母材有铜、镍、铝、锆等材料?“，如图卜4所示。 多孔非金属材料主要有聚合物、陶瓷、合成橡胶、玻璃、莫来石以及各种泡沫食物，如图卜5所示”1。 鬻爆霸l一(a)聚合物泡沫(b)莫来石泡沫(C)玻璃泡沫图1-5多孔非金属材料?P lg15Cel lularnonmetalmateri als多孑L固体及它们的特性已经被(；i bson年l IAshby。 13详细的描述。 首先，多孔固体最重要特性就是其相对密度p+p即多孔材料的密度p+除以形成孔壁基体材料的密度p一特殊的超低密度泡沫材料，其相对密度可以低于0001。 其次，大多数的多孔I割体在受压时表现出一段几乎恒定应力的大变形过程。 最后，多孔固体具有低热导率、低磁导率和良好阻尼特性等性能。 鉴于多孔材料以上的特点，多孔固体目前普遍应用于以下五大方面。 首先是纯力学用途，其中最为显著的是夹层结构。 其次是具有缓冲的应用目的包装、能量吸收和防震。 第三是利用泡沫材料的低热导率建筑物的隔热、冷冻隔热和高温设备隔热。 第四是利用多孔材料的低密度浮力和助浮器。 最后是将多孔材料的开口孔隙和大的内表面用于过滤、渗透膜和催化剂的载体等。 此外，多孔固体还可以将多种性能结合起来，形成多功能材料?1。 比如六边形蜂窝结构广泛被用来实现轻质夹芯板的设计“?，使夹芯板具有形成单向液体流动通道?，吸收冲击能引，阻止热量穿过夹芯板的面板和吸声性能。 因此，多孔固体材料有广阔的应用前景，特别是多孑L金属材料。 态厦型I太堂盟L丛红生堂僮论塞12多孑L金属材料的制作与应用121多子L金属材料的制作多孔金属材料主要有泡沫金属材料和点阵金属材料两种。 不同的多孔金属材料的制作过程也是不相同的。 目前，有许多种方法生产多孑L金属材料n1。 有些方法类似于使水或者聚合物的液体泡沫化的技术，而其它的方法是利用金属的特有性质专门设计的方法。 目前，根据生产过程中金属的不同状态来进行分类，泡沫金属材料主要有四种方法进行生成液态金属法、粉末状的固态金属法、金属蒸汽或气态金属化合物法和金属离子溶液法，如图l一6所示。 点阵金属材料包括的种类非常的多，比如编织叠层夹芯结构?、三维全三角点阵结构。 1、八面体结构q?、四面体和四棱锥点阵央芯结构?”、j维Kagome结构_”】等。 因此，点阵材料的生产方法也非常多，比如熔模铸造法唑?、纤维编织法心别以及薄板冲孔折叠或拉伸法汜“等。 本文主要关心的六边形点阵的蜂窝结构，这里简单叙述蜂窝结构的制造方法。 人们已经开发出制作金属蜂窝结构的几种方法”。 1。 六边形金属蜂窝结构通常是利用拉伸生产过程来制造，尤其是当相对密度较小时。 在金属蜂窝结构的生产过程中，金属薄片首先被切成薄板，然后按照希望的样式进行条形粘结或者激光焊接，最后垂直于条形粘结方向拉伸而形成金属蜂窝材料，如图17所示?1。 当金属蜂窝材料的相对密度较图1_6多孔金属泡沫材料生产的方法Fi g16Producti onmethods ofcellular metalfoami ngmaterials4态厦型工盔堂遵二型窥生堂僮迨塞图17利用拉伸制作法生产相对密度小的蜂窝Fi g1-7Expanded manufacturi ng process used to makel owrel ative densityhonevbs齿轮压缩材料堆积稠电阻焊制成的蜂窝材料图1-8利用起皱制作过程生产高相对密度的蜂窝18Corrugati onmanufacturingprocessusedtomakehi ghrelative density honeybs态厦型工态堂缝!世窟生堂僮诠塞大时，就需要采用其它的制造方法。 图卜8列?了种利用起皱过程来制造相对密度较高蜂窝结构材料的方法?。 在这种方法的生产过程中，金属薄板首先被加工成波纹薄板，然后薄板堆叠在一起利用焊接的方法制成蜂窝材料，最后把蜂窝材料切割成所需要的尺寸。 图卜9列出了金属开槽嵌锁工艺生产正方形和三角形蜂窝材料?1。 当蜂窝结构装配好以后，狭长的金属板通过铜焊的方法连接在一起，从而形成需要的蜂窝材料。 正方形蜂窝三角形蜂窝图19金属开槽嵌锁工艺生产的(a)正方形和(b)三角形蜂窝?1Fi g19A strip slotti ngmethodformaki ng(a)square honeyband(b)tri angular honeybs122多子L金属材料的应用当前，多孔金属材料的应用范围正在变得越米越广泛。 多孔金属材料是否能解决给定的问题取决于下面的各项条件。 “。 (1)形态学所需胞孔的类型(开孔或者闭孑L)、孔隙率的大小、孑L隙的尺度以及多孔材料总的表面积。 (2)冶金学所需金属或者合金以及其微观结构的状态。 6塑量堕工态堂擅丛窟生堂僮诠塞 (3)生产过程改变多孔金属材料形状的可能性或者在泡沫和传统的薄板之问制造复合材料的可能性。 (4)经济性制造费用问题以及大规模生成的可行性。 对于多孔金属材料应用来说，第一点是特别重要的，因为很多应用要求不论是液态或者气态的媒介能通过多孔材料。 其次，对于给定的某种多孔结构，哪一种金属或者合金可以制造也是重要的。 最后，生产过程和费用问题也必须考虑。 目前，多孔金属材料的应用主要是结构应用和功能应用两个方面，下面简要叙述。 1221多子L金属材料结构方面的应用1)汽车工业随着人们对汽车安全性和降低能源消耗要求越来越高，汽车工业必须向轻量化、低污染化以及更安全舒适的方向发展，来满足人们的这些需要。 多孔材料为其提供了一种可能的解决方法。 它可以利用高比强度和比刚度来提供轻质的面板同时作为吸能或吸声装置使用。 图卜10所示为泡沫铝整体式结构的车门hl_。 整体式结构的车门是适用于铝和图111泡沫铝填充的某j气车发动机支架m3I-I1the automobil eengine supportfi lledwithaluminum foams图1-12泡沫铝在轿车上的应用m1Fi g112the useof aluminumfoams incars7态丝型盔堂盛上型f童生堂僮论塞泡沫铝压铸成型结构。 另外，汽车工业还可以用多孔材料作为汽车的防冲撞和机载设备(事故记录夹持器)_引、高速列车发电机室的吸声装置、汽车发动机支架等。 图卜ll所示为泡沫铝填充的某汽车发动机支架_?。 图1-12所示为泡沫铝在轿车上不同部分上的应用比?。 2)航空航天工业根据分析，目前每送入轨道一公斤有效载荷，发射费用需上万美元比引。 因此，减轻航天器的重量是航天产品设计的重要课题之一。 具有多项优良性能的多孔金属材料正是航空航天工程中理想的结构材料。 国外航空航天方面主要集中在以下几个方面多孔金属材料支撑高精度的光学系统；多孔金属材料用作航天器承力筒；多孔金属材料作为空问热交换器等。 国内多孔材料的应用主要集中在防震座椅、抗冲击舱底、陀螺支架、缓冲器结构等方面。 图1-13所示为探测器铝蜂窝缓冲软着陆装置比?。 图卜14所示为泡沫铝改进的舱底局部结构比“。 夏拄l睁星垫图1-13探测器铝蜂窝缓；中软着陆装置忙81Fi g113The honeybbufferof lunar lander3)造船业上蒙皮斯条下蒙皮图114用泡沫铝改进的舱底局部结构273Fi g114The revised structureusi ngfoams由于多孔金属材料具有轻质节能、高比强度、良好隔音性、耐腐蚀、不燃烧等优点，在造船业方面越来越受到重视。 现代的客船完全可以利用铝材挤压、铝板以及铝蜂窝结构建造。 泡沫铝材料可以用来制作客船、混装船，游艇的船舱、间隔、舱门等。 多孑L金属材料在海军方面的应用目前已经发现的有升降机的平台、船舱结构的隔离壁、天线的平台以及非常出色的储物柜等?。 图卜l5所示泡沫铝夹j占结构在机舱减振降噪中的应用?。 4)铁路行业多孔金属材料在铁路行业或者铁路设备上的应用主要遵守以下的三个原则轻质结构、冲击能的吸收和噪音控制。 噪音控制尤其对在城市中运行的轻轨客车非常重要。 日本的火车装备有2。 3m的泡沫铝材料来提高能量的吸收能力。 川。 目前多孔金属材料在铁路行业主要集中在铁路轻体车辆结构、车厢地板、防火墙、各种集装箱等方面”。 8态匾型盘堂丝丛殛生堂僮途塞5)建筑业多孔金属材料在建筑业有广阔的应用前景。 因为现代建筑大多数是由混凝土、钢材或者砌体材料建造，建筑物的表面采用各种板材来装饰以改善建筑物外观。 这些板材必须具备轻质、不易弯曲和阻燃等性能。 现在使用的装饰材料太重而且发生火灾时也会产生问题。 如果采用多孔金属材料代替它们，这些问题就解决了。 比如，多孑L金属材料在工厂中直接与H型钢，T形钢组成复合钢结构，如图卜16所示。 =“。 利用低密度泡沫铝阻燃性和较差的热传导性，可以制作建筑防火门和活动门。 虽然铝的熔点相对较低(600。 C)，但是当它暴露在燃烧的火焰中由于表面氧化物存在仍能保持较好的稳定性“。 此外，多孔金属材料还可以作为室内装饰墙面、天花板、移动隔断、滑动门、地板、活动房、装饰件等。 |厂|两ly靛觜。 ，。 ，l。 ，。 |t黔卜l髓蔓金属多孔层H型钢图115j包沫铝夹芯结构在机舱减振降噪中的应用【301图116H型钢多孔金属复合截面示意图啪Fi g115Foam sandwi ch structuresused forcabi nnoi seand vibrati onreducti onFi g116Schemati cdiagram ofHbeammetalcel lul arposite6)机器制造业图117多孔金属材料制成的零件吲Fi g117PaAs madefrom cellularmetalmaterials图卜18闭孔铝泡沫制成的零件纠Fi g118Parts madefrom close-cellfoams态厘型工态堂盟!迸窟生堂僮诠塞多孔金属在机器制造业中也有许多令人感兴趣的应用。 利用多孔金属材料可以制造出用来减小惯性和提高阻尼的坚硬泡沫零件，或者用多孔金属材料填充的常见空心杆件。 他们可以用来代替目前传统金属制成的轴、杆件或者平台。 图卜17和图卜18所示为泡沫金属材料制成的零件瞳刊。 这样的零件可以使用在钻孔机器以及打印机上。 多孑L金属材料可以制成手持式的小型钻孔机或研磨机的外壳。 这种多孔金属制成外壳比传统的外壳提供了许多好处，比如提高内在的阻尼等。 另外，铝泡沫材料已经被用作望远镜镜片的支撑。 J。 7)运动装备由于在运动领域内较高价格是被公众，特别是运动员所接受，因此把新的多孔材料使用到运动装备上是非常值得的。 图卜19所示为现代下坡雪橇的平面和侧面形状?。 它具有夹层结构，是把铝材壳面粘于发泡聚氨酯芯体两侧组成。 另外，利用铝泡沫良好的吸能能力，可以为足球运动员提供胫骨的保护装置。 m恻燃燃燃黑絮黧紫燃然璧璧鬻警紫黪鬻象辫蒜然；端蝴黼一麟簇，图119现代下坡雪橇的平面和侧面形状?Fi gI一19Pl anandprofi leofa moderndownhi ll ski8)生物医学行业由于钛或者钴一铬合金具有优良的生物相容性和较高的力学性能，它们可以用作修复术或者牙齿的修补。 为了确保生物组织向内f19-ti长，生物通常会产生与生物组织一样的多孔层或者通过热喷涂或其它方法生产出与其它生物相容性材料的假体。 人们可以选择多孑L钛或者泡沫钛作为这一方面的应用，首先多孔钛及钛合金的结构使得植入物的吲定更可靠，同时有f,J J二生物体液营养成分的传输，这样可以大大缩短康复期?“j。 其次，可以调整多孔材料密度的分布来满足有关强度、模量等要求。 比如，有人认为牙齿的移植物必须与一卜颌骨的模量相匹配。 因此，了解泡沫金属的密度与模量之间的关系，人们就可以容易制造出模量匹配的移植物，从而保证生物的兼容性和模拟7目头进入多孔层向内生长。 1。 只要骨头仍旧牛长，多孔材料(如镁泡沫)可以用作生物可降解的承担荷载移植物，但是在以来的恢复阶段，多孔材料逐渐被生物体吸收=“。 1222多子L材料功能方面的应用多孑L金属材料除了结构方面具有高比强度、高比刚度、超轻、高强韧性以及具有较10态厦型工厶堂盛型窟生堂僮诠塞强的吸收能量能力外，在功能方面也具有高效散热、隔热、噪声管理、电磁屏蔽、阻尼减震、多功能集成等优点。 因此，多孔材料在功能方面也有非常广泛的应用范围。 下面简要叙述多孔材料在功能方面的应用。 1)过滤与分离多孑L金属材料具有优良的渗透性，是用来制造多种过滤器的理想材料b?。 目前，有两种类型的过滤器一种是从液体中过滤与分离固体颗粒或纤维，另一种是从气体中过滤固体或者液体颗粒。 “。 影响过滤器的主要因素有良好的过滤能力、颗粒的阻留和捕集作用、除尘度、力学特性、抗侵蚀能力和J费用等。 一些多孔金属材料具有上述各种因素的组合，从而可以用于清除气体、液体中的固体颗粒，如石油、汽油、制冷剂、高炉气等的过滤、净化，特别是一些需要在高温下过滤得气体、液体，更能显示出多孔金属过滤器的优越性。 2)热交换器与冷凝器有些多孔金属材料具有较大的表面积、低得流阻率和良好的导热性。 这些特性使它们成为热交换器与冷凝器非常有前途的候选材料。 由紫铜或纯铝制成的具有导热性能很高的金属泡沫可以用作紧凑热交换器?”j。 在这种情况下，需要采用开孔结构；热量能可从以强迫对流形式来通过泡沫金属的气体或液体中散发或被加热，同时泡沫金属被冷却或被加热。 人们可以对泡沫材料的，f孔结构进行优化设计，从而满足汽车、微电子设备等对紧凑型热交换器的要求。 日前针肋排列是标准的解决紧凑热交换器的方案，但研究结果表明。 “，开孔金属泡沫比针肋排列具有更高的热传递效率，说明金属泡沫的热性能更好。 图卜20所示开孔铝泡沫在热交换方面的应用”1。 (a)空间天文望远镜用恒温器(b)机载激光通讯系统中以泡沫(c)太阳能无污染空调器热泵铝为芯层的复合结构恒温台图120开孔铝泡沫在热交换方面的应用m1Fi g120appl icati onofopencel laluminumfoams in heatexchangers3)催化剂的载体催化作用的效果很大程度上取决于催化剂与反应气体或者液体之问接触面积的大小。 因此，催化剂要么加1成高度多孔结构，要么在可能的情况下把催化剂使用在另外态厘型I态兰!擅土丝窥生堂僮论塞的多孔体系上，比如多孔陶瓷材料。 即使多孔材料I不能与多孔陶瓷材料接触表面积相比，多孔金属材料仍就可以取代它们，因为多孔金属材料具有其他有用的特性，比如高延展性和高热传导性。 一种使用多孔金属材料的方法就是先准备一片薄的抗腐蚀的泡沫金属，通过轧制方法用含有催化剂物质的浆液填充金属泡沫，最后在较高的温度下固化加工形成可以使用的催化剂。 他3。 这样催化剂有良好的机械完整性，即使多次高温循环以后，催化剂并不泡沫金属脱离。 另外，化工行业中，可直接使用泡沫镍作为催化剂，或将泡沫镍制成催化剂载体。 3。 4)液体的储存与传递多孔粉状金相材料最古老的使用之?，就是作为自润滑轴承。 油储存在颗粒之间的空隙中，可以慢慢地流出来代替已经使用J7I 多孔材料也能完成这一功能，而