项目名称： 超轻多孔材料及其构成结构多功能化应用的基础研究 首席.doc

项目名称：超轻多孔材料及其构成结构多功能化应用的基础研究首席科学家：卢天健 西安交通大学起止年限：2010.9至2015.9依托部门：教育部  二、预期目标 3.1 总体目标 项目以航空航天、探月、铁路运输、汽车、国防等领域对装备的轻量化和节能减排的迫切要求为牵引，针对以高效能量吸收、高效换热、高效减振降噪等为特征的超轻多孔材料及构成结构（泡沫金属、烧结金属粉末多孔材料、烧结金属纤维多孔材料、金属点阵结构、复合材料点阵结构、生物层级多孔材料等），结合国家的重大目标需求，开展超轻多孔材料的制备基础理论的研究，结合材料在典型力/热/声等物理场及其耦合状态下的性能，对材料的孔隙结构和制备工艺进行优化，发展和形成系统规范的超轻多孔材料表征方法及制备、测试与评价技术，最终建立超轻多孔材料制备、微观构型和宏观结构表征、性能表征与测试方法、宏观结构/部件一体化多学科协同设计以及面向重大需求的多功能集成材料的科学研究体系。 发表高质量的学术论文300篇以上；出版理论体系明确、特色鲜明的学术专著3?-?5部; 形成一批具有自主知识产权的专有技术和发明专利；培养造就一支团结合作、富有朝气和创新精神的超轻多孔材料的基础与高技术研究团队，其中中青年学术带头人10名以上，在国际上有一定影响的知名学者2?~?3名；建成超轻多孔材料和结构创新基地，并在规模化制备和应用多功能多孔材料与结构等方面取得突破，使我国在这一重要领域居于国际先进水平。 3.2 五年预期目标 科学理论层面： 1) 揭示铝及铝合金熔体泡沫稳定性基本原理，明确含气泡熔体的流变特性，实现熔体泡沫生长、凝固过程的精确控制；揭示金属熔体在连续多孔隙介质中的流动规律及对渗流条件的依赖关系，获得孔结构高度可控的高孔隙率开孔泡沫铝；揭示气流动力成形中粉末或纤维运动规律和堆积过程，建立成形动力学方程；揭示烧结过程中烧结颈、结点及孔空间的形成和演变规律以及梯度孔结构和界面的形成与控制机理；建立纤维多孔材料与致密面板的界面结合的杆-板模型，揭示界面的冶金结合机理；揭示有序点阵金属结构成形精度对于性能的影响规律，研究制造方法对于点阵金属结构制造精度的统计规律，研究制造缺陷对点阵金属结构性能的影响规律，探索点阵金属结构力学性能的强化方法。 2）建立复合材料点阵多功能结构的协同优化设计理论，给出可实现的、工程可用的该类结构设计方法和设计方案；揭示工艺参数（温度、压力、固化时间等）对复合材料点阵结构成型质量的影响规律，建立此类结构一体化成型和二次成型的工艺规范；发展适合于复合材料点阵结构力学行为研究的理论和方法，揭示此类结构的变形、振动和屈曲行为；建立复合材料点阵结构的细观损伤模型，揭示不同拓扑构型复合材料点阵结构的失效机理，建立材料的失效准则。 3）基于现有新型超轻多孔材料优质构型的组合、协调，利用拓扑优化技术理性设计的新构型设计技术，发展多孔材料组成的层级结构的最优设计技术，建立能够提供不同几何尺度下的结构拓扑、形状和尺寸等几何属性的多层级优化设计理论和方法，及协同考虑多种功能、集多种功能于一体的协同设计理论和方法。 4) 建立超轻多孔材料从纳米到毫米孔径跨尺度本构行为的宏观唯象理论、微细观理论和计算模型，揭示超轻多孔金属材料宏观性能与微观结构间定量关系，建立材料在复杂、恶劣环境下的服役效能评价体系；揭示应力波在多孔材料中的传播机理和衰减规律及对材料细观结构的依赖性，建立在撞击、爆炸冲击波等强动载荷作用下超轻多孔材料和结构的动态损伤理论。 5）从微、介观尺度上准确揭示多孔材料孔隙结构中的内在流动和传热规律，在综合考虑传热性能、减阻效果和流路布置的前提下，建立金属多孔相变紧凑换热器的设计方法、理论和评价标准；揭示闭孔铝泡沫表面氧化机制与高温热射流冲击破坏条件下的阻火机制和热响应规律。 6）建立毫米波和厘米波在多孔金属材料中的传播理论，奠定超轻多孔材料在声/电磁吸收领域的应用基础，指导具有特殊吸波功能的多孔材料孔隙结构优化设计，发展相应的表征方法和技术；揭示复杂多孔材料表面上气体流动诱发噪声的机理及其传播规律，进一步补充和发展现有气动噪声理论体系。 关键技术层面： 1）根据航空航天、高速列车、国防等高技术领域对泡沫铝强度、耐腐蚀性、功能性及孔结构高度一致性的要求，发展新合金体系、新结构类型泡沫铝；发展铝熔体泡沫高度稳定的新方法及泡沫铝异形件成形技术；发展制备大尺度、多构型、高性能、高孔隙率开孔泡沫铝的核心工艺和装备技术；发展点阵金属结构的直接和间接制造方法以及制造过程中相变和热因素对结构成形规律的仿真分析方法。 2）发展新的烧结金属多孔材料制备技术，建立实现不同功能需求的烧结金属粉末、金属纤维、金属泡沫等烧结金属多孔材料的工艺技术体系，研制新一代的金属多孔夹芯板、金属多孔吸声元件、多孔