金属纤维多孔材料力学性能研究现状 - 西北有色金属研究院.PDF

第45 卷 第6 期 稀有金属材料与工程 Vol.45, No.6 2016 年 6 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING June 2016 金属纤维多孔材料力学性能研究现状 王建忠，许忠国，敖庆波，支 浩，李爱君，马 军，汤慧萍 (西北有色金属研究院 金属多孔材料国家重点实验室，陕西 西安 710016) 摘 要：详细论述了金属纤维多孔材料的拉伸性能、剪切性能、压缩性能和冲击性能等力学性能的研究进展，并简要 叙述了应力波在多孔材料内部传播的研究现状，最后指出未来应加强金属纤维多孔材料的动态冲击性能及应力波在多 孔材料内部的传播、衰减机制研究，从而进一步扩大金属纤维多孔材料的应用领域。 关键词：金属纤维多孔材料；拉伸；压缩；剪切；应力波 中图法分类号：TG142.71 文献标识码：A 文章编号：1002- 185X(2016)06- 1636-05 轻质金属多功能材料是近年来随着材料制备及机 a 械加工技术的迅速发展而出现的一类新颖材料，它的出 [1] 现对于材料的选择及其性能研究提出了新的课题 。金 属纤维多孔材料是一类新型轻质金属多孔材料（图 1）， 其孔结构由孔隙、烧结结点和纤维骨架构成，它在保持 高孔隙度（≥70% ）的前提下，孔径可逐渐由毫米级减 小到微米甚至纳米级，孔隙结构千变万化，且不同构形 的孔结构对材料的力学性能及其它物理特性有着显著 b 的影响，因而具有良好的可设计性。轻质金属纤维多孔 材料独特的多尺度孔隙结构使其表现出一系列传统材 料所不具备的多功能集成特性，如高比强度、高比刚度、 高强韧、高能量吸收等优良机械性能，以及高效吸声降 [2-4] 噪、强化传质传热、阻燃防爆、过滤分离等特殊性质 ， 兼具功能和结构双重作用，是一种性能优异的多功能工 程材料，具有广阔的应用前景。 金属纤维多孔材料的力学性能是影响其大规模应用 图1 金属纤维束及多孔材料的微观结构 的关键指标之一，为此本研究针对该多孔材料的拉伸性 Fig.1 Microstructures of metal fiber bundle (a) and the porous 能、剪切性能、压缩性能、冲击性能等力学性能进行了较 materials (b) 为系统的总结和分析，并对应力波在金属纤维多孔材料中 的传播过程进行了评述，指出未来应系统研究金属纤维多 1.1 拉伸性能 孔材料的动态冲击性能及应力波在其内部的传播、衰减机 俄罗斯 Kostornov 教授研究了金属纤维多孔材料 [5] 制，从而进一步扩大金属纤维多孔材料的应用领域。 室温下的拉伸性能 （加载速度为10~25 mm/min）， 结果表明，孔隙度越高，多孔材料的比例极限越小且 1 力学性能研究现状 呈非线性变化；当加载应力超过材料的比例极限时， 国内外主要针对金属纤维多孔材料的准静态拉伸 多孔材料开始卸载，即出现了弹性卸载阶段；卸载完 性能、剪切性能、压缩性能和冲击性能等开展了大量 成后，残余塑性变形量等于总应力分量与弹性应力分 研究，取得了许多科研成果。