孔隙度对烧结不锈钢纤维多孔材料剪切性能的影响
不锈钢纤维多孔材料的准静态压缩性能
文 章 编 号 :１００１Ｇ９７３１(２０１８)０９Ｇ０９１０７Ｇ０４
０９１０７
不锈钢纤维多孔材料的准静态压缩性能∗
王 建 忠１,敖 庆 波１,马 军１,汤 慧 萍１,宋 卫 东２,罗 世 铭３,陈 旭 军３,江 林３
(１．西北有色金属研究院 金属多孔材料国家重点实验室,西安 ７１００１６; ２．北京理工大学 爆炸科学与技术国家重点实验室,北京 １０００８１;３．金川集团股份有限公司,甘肃 金川 ７３７１００)
量和能量吸收值逐渐增加,其弹性模量和能量吸收值最大分别达到５４２ MPa和２７．７ MJ/m３(孔隙率为６４．３％).
关 键 词 : 多 孔 材 料 ;不 锈 钢 纤 维 ;孔 隙 率 ;准 静 态 压 缩 ;能 量 吸 收
中 图 分 类 号 : TG１４２．７１
文 献 标 识 码 :A
DOI:１０．３９６９/ji．ssn．１００１Ｇ９７３１．２０１８．０９．０１９
国内外主要针对金属纤维多孔材料的准静态压缩 性能 开 展 了 研 究.PaulDucheyne 等 采 [４] 用 Ø５０ 和 １００μm 的３１６L 纤维制备了低孔隙率的金属纤维多孔 材料,并对其压缩 强 度 进 行 了 分 析.瑞 典 哥 德 堡 VolＧ vo公司采用两层薄不锈 钢 板,中 间 用 环 氧 树 脂 粘 结 不 锈钢纤 维 制 备 了 一 种 夹 芯 结 构 的 超 轻 不 锈 钢 板 材
虽然国内外对金属纤维多孔材料的压缩性能进行 了 研 究 ,但 并 未 涉 及 材 料 能 量 吸 收 值 的 研 究 . 为 此 ,本 文以 Ø８,２０μm 的３１６L 不锈钢纤维毛毡为原料,采用 真空烧结技术制备出孔隙率为６４．３％ ~８９．３％ 不 锈 钢 纤维多孔材料,系 统 研 究 了 孔 隙 率、材 料 厚 度、纤 维 直 径对其弹性模量及能量吸收值的影响规律.
简答题
(1)材料的孔隙率和孔隙构造对材料的哪些性能有影响？如何影响？答：材料的孔隙率和孔隙构造对材料的体积密度、强度、吸水性、吸湿性、抗渗性、抗冻性、导热性及吸音性等性质均会产生影响，其影响如下：（1）孔隙率越大，其体积密度越小；（2）孔隙率越大其强度越低；（3）密实材料及具有闭口孔的材料是不吸水和不吸湿的；具有粗大孔的材料因其水分不易存留，其吸水率常小于孔隙率；而那些孔隙率较大且具有开口连通孔的亲水性材料具有较大的吸水与吸湿能力；（4）密实的或具有闭口孔的材料是不会发生透水现象的。
具有较大孔隙率且为开口连通大孔的亲水性材料往往抗渗性较差；（5）密实材料及具有闭口孔的材料具有较好的抗冻性；（6）孔隙率越大，导热系数越小，导热性越小，绝热性越好；孔隙率相同时，具有较大孔径或连通孔的材料，导热系数偏大，导热性较大，绝热性较差；（7）孔隙率较大且为细小连通孔时，材料的吸音性较好。
(2)影响材料强度测试结果的试验条件有哪些？怎样影响?答：材料在外力作用下抵抗破坏的能力，称为材料的强度；按其强度值的大小划分为若干个等级，则是材料的强度等级。
材料的强度与材料的含水率状态及温度有关，含有水分的材料其强度较干燥时低；一般温度高时材料的强度降低。
材料的强度还与其测试的所用的试件形状、尺寸有关，与实验时的加荷速度、试件的表面性状有关，相同材料采用小试件测得的强度较大，试件高，加荷速度快者强度偏高，试件表面不平或表面涂润滑剂时所测得的强度偏低。
(3)何谓水泥安定性不良？其主要原因是什么？水泥体积安定性不良怎么办？水泥在凝结硬化过程中产生了不均匀的体积变化，会导致水泥石膨胀开裂，降低建筑物质量，甚至引起严重事故，这一现象称为水泥体积安定性不良。
引起水泥体积安定性不良的原因是熟料中含有过多的游离氧化钙、游离氧化镁和石膏含量过多。
体积安定性不合格的水泥不得用于任何工程。
（4）影响混凝土强度的主要因素是什么？提高混凝土强度主要措施有哪些？影响混凝土强度的主要因素是：（1）水泥强度等级和水灰胶比；（2）骨料的种类、质量和级配；（3）养护温度与湿度；（4）期龄；（5）试验条件如试件尺寸、形状及加荷速度等。
烧结金属纤维多孔材料的高温吸声性能
万方数据西安交通大学学报第４２卷高温（大于７００℃）、高声压级（小于１４０ｄＢ）及强气流（来流马赫数小于０．１）等极端环境下应用，是一种具有良好发展前途的吸声材料．目前，针对轻质多孔金属材料的吸声性能研究，大都是在常温和常压条件下进行的［１｛］，而材料在高温条件下的吸声性能研究则非常匮乏．本文以烧结金属（３１６Ｉ。
）纤维多孑Ｌ材料为研究对象，通过理论分析和实验测试，重点研究了温度场和温度梯度场对多孑Ｌ金属材料吸声性能的影响，从而为多孑Ｌ金属材料在极端环境下的工程应用提供了理论依据．１高温吸声性能的理论分析１．１控制方程在对大多数开孑Ｌ泡沫类及纤维类多孔材料进行吸声性能理论分析时，通常是将材料中的孔简化为圆柱孑Ｌ处理［６］后，再根据实际材料的孔结构相对等效圆柱孔的偏离程度进行各种修正，使得修正后的理论模型能够刻画实际多孔材料的吸声性能．考虑到烧结金属纤维多孔材料微结构的复杂性（见图１），本文仍沿用基于圆柱孑Ｌ的分析方法，首先（ａ）局部表面（ｂ）截面图ｌ烧结金属纤维多孔材料的形貌考虑无限长圆柱孑Ｌ（由于轴对称，只考虑径向，．和轴向２的变化），其孑Ｌ壁刚性、热容及导热系数均高于空气（可认为是等温孑Ｌ壁）．假定孔半径Ｒ远小于声波波长，远大于气体分子的平均自由程（满足Ｒ＞１０～ｃｍ），声波为２向传播的平面波，则媒质点处的压力、质点速度、温度及密度可近似表示为Ｐ７（２，￡）＝Ｐｏ（ｚ）＋Ｒｅ（声（２）ｅ“‘）（１）ｕ（ｒ，ｚ，￡）＝Ｒｅ（（“，（，．，ｚ）＋Ｕ：（ｒ，ｚ）Ｚ）ｅ“７）（２）ｒ（ｒ，２）一Ｔｏ（ｚ）＋Ｒｅ（Ｔ（ｒ，ｚ）一‘）（３）∥（，－，ｚ，￡）一ｐｏ（ｚ）＋Ｒｅ（ｐ（ｒ，ｚ）ｅｂ７）（４）式中：ｐｏ（ｚ）、Ｔｏ（ｚ）、Ｐ。
（ｚ）分别表示平衡态密度、温度和压力；ｐ（ｒ，２）、Ｔ（ｒ，２）、Ｐ（ｚ）则表示相应的逾量变化；蜥（ｒ，２）及“：（ｒ，ｚ）分别为质点径向速度向量和轴向速度分量．当考虑材料处于轴向温度梯度场的作用时，丁０将沿ｚ向变化，此时气体动力黏度叩、密度ｌＤ、绝热声速ｆ。
烧结孔隙结构的变化-概述说明以及解释
烧结孔隙结构的变化-概述说明以及解释1.引言1.1 概述烧结孔隙结构是指在烧结过程中形成的孔隙空间的排列和分布方式。
烧结孔隙结构的特征对于烧结矿的性质和质量具有重要影响。
烧结孔隙结构的变化会直接影响到烧结矿的力学性能、渗透性以及烧结过程的效率。
在烧结过程中，矿石颗粒在高温条件下发生相互结合，形成一定的排列和连接，从而形成孔隙结构。
烧结孔隙结构的形成不仅受到原料矿石的性质影响，还受到烧结工艺参数等因素的影响。
本文将对烧结孔隙结构的形成、影响因素及变化机制进行探讨，以期为烧结过程的优化提供理论支持和实践指导。
1.2 文章结构文章结构部分主要介绍了本文的组织结构，包括引言、正文和结论三个部分。
在引言部分中，将对烧结孔隙结构的变化进行概述并阐明文章的目的。
接下来，在正文部分中将详细探讨烧结孔隙结构的形成、影响因素以及变化机制。
最后，在结论部分对文章进行总结，并展望未来研究方向，最终得出结论。
通过这样的文章结构，可以系统地介绍烧结孔隙结构的变化过程，为读者提供清晰的研究框架。
1.3 目的：本文旨在探讨烧结过程中孔隙结构的变化规律，深入分析烧结孔隙结构的形成机制和受影响因素。
通过对烧结孔隙结构变化的研究，可以更好地理解和控制烧结过程中的孔隙演化，为优化烧结工艺提供理论依据和技术支持。
同时，通过对烧结孔隙结构变化的探讨，可以为陶瓷、冶金等领域的相关研究提供参考和借鉴，促进烧结技术的进步和应用。
2.正文2.1 烧结孔隙结构的形成烧结孔隙结构是指在烧结过程中形成的孔隙或者通道结构。
烧结过程是将粉煤灰等材料在高温条件下加热，使颗粒相互结合形成块状材料的过程。
在这个过程中，孔隙结构的形成是由多种因素共同作用而产生的。
主要的形成机制包括以下几个方面：1. 颗粒颗粒之间的结合：在烧结过程中，粉煤灰等材料中的颗粒在高温条件下逐渐熔融，颗粒之间的结合力增强，从而形成孔隙结构。
2. 气体或挥发物的释放：在高温条件下，粉煤灰等材料中的气体或挥发物会逐渐释放出来，形成孔隙结构。
不锈钢纤维多孔材料的准静态压缩性能
不锈钢纤维多孔材料的准静态压缩性能不锈钢纤维多孔材料是一种新型的材料，具有良好的机械性能和耐腐
蚀性能，广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
在不锈钢纤维多孔材
料中，不锈钢纤维作为增强相，与基体相互作用，影响了材料的性能。
其中，准静态压缩性能是材料的一个重要性能指标，是评价材料抗压性能的
重要参数之一
不锈钢纤维多孔材料的准静态压缩性能可以通过压缩实验来研究。
在
实验中，首先需要制备不锈钢纤维多孔材料样品，然后在实验中施加加载荷，测量应力和应变，得到应力应变曲线，进而分析材料的力学性能。
在
压缩实验中，可以研究不锈钢纤维多孔材料在压缩过程中的各种力学性能，如弹性模量、屈服强度、断裂强度等。
不锈钢纤维多孔材料的准静态压缩性能受多种因素的影响，包括纤维
长度、纤维直径、孔隙率等。
通常情况下，增加纤维长度和直径可以提高
材料的强度和刚度，降低孔隙率可以提高材料的密度和硬度。
此外，不锈
钢纤维多孔材料的制备方法、烧结温度等也会对其准静态压缩性能产生影响。
不锈钢纤维多孔材料的准静态压缩性能研究对于优化材料的制备工艺、提高材料的性能至关重要。
通过研究不锈钢纤维多孔材料的压缩性能，可
以为材料的设计和应用提供重要参考。
未来，对不锈钢纤维多孔材料的压
缩性能进行深入研究，将有助于推动材料科学领域的发展，促进材料的应
用和创新。
孔隙率对多孔金属结合剂金刚石节块性能的影响
孔隙率对多孔金属结合剂金刚石节块性能的影响赵亚庆;何方【摘要】Ammonium bicarbonate was used as the pore forming agent and the porous Cu-matrix bond diamond blocks were prepared by the method of vacuum hot pressing sinte-ring.With the increasing content of ammonium bicarbonate,the porosity of diamond blocks increased,but flexural strength decreased and self sharpness improved.The blocks with different porosity were used to grinding cemented carbide,The surface condition of diamond blocks were observed after grinding and the relationship between the porosity and grinding ratio was studied.The results showed that when the porosity was about 20%,the grinding ratio attained the maximum.%以碳酸氢铵为造孔剂，采用真空热压烧结法制备了多孔铜基结合剂金刚石节块。
随着碳酸氢铵含量的增加，金刚石节块的孔隙率逐渐升高，抗弯强度逐渐降低，自锐性提高。
用不同孔隙率的金刚石节块磨削硬质合金，观察了磨削后金刚石节块的表面状况，研究了孔隙率与磨削比的关系。
结果表明：当孔隙率为20%左右时，金刚石节块的磨削比最高。
复合材料微观缺陷对性能的影响
复合材料微观缺陷对性能的影响在当今的材料科学领域，复合材料因其优异的性能而备受关注。
然而，在复合材料的制备和使用过程中，微观缺陷的存在往往不可避免。
这些微观缺陷看似微不足道，却能对复合材料的性能产生显著的影响。
首先，我们来了解一下什么是复合材料的微观缺陷。
简单来说，微观缺陷是指在材料微观结构中存在的各种不规则、不连续或不均匀的部分。
常见的微观缺陷包括孔隙、裂纹、界面脱粘、夹杂以及纤维的断裂和错位等。
孔隙是复合材料中较为常见的微观缺陷之一。
孔隙的存在会降低材料的密度，从而影响其力学性能。
例如，在承受拉伸载荷时，孔隙周围容易产生应力集中，导致材料过早发生断裂。
而且，孔隙还会降低材料的热导率和电导率，这在一些对热管理和电性能有要求的应用中可能会带来严重问题。
裂纹也是一种令人头疼的微观缺陷。
裂纹的产生可能源于材料制备过程中的内应力，或者在使用过程中由于疲劳、冲击等因素导致。
一旦裂纹形成，它会迅速扩展，极大地削弱材料的强度和韧性。
尤其是在承受动态载荷的情况下，裂纹的扩展速度可能会加快，使材料在短时间内失效。
界面脱粘是复合材料中另一个关键的微观缺陷。
复合材料通常由两种或多种不同性质的材料组成，它们之间的界面起着传递载荷和协调变形的重要作用。
当界面结合不良，出现脱粘现象时，材料的整体性能将大打折扣。
例如，在纤维增强复合材料中，如果纤维与基体之间的界面脱粘，纤维就无法有效地承担载荷，从而导致材料的强度和刚度下降。
夹杂也是不容忽视的微观缺陷。
夹杂可能是在材料制备过程中混入的杂质颗粒，或者是反应生成的副产物。
这些夹杂会破坏材料的微观结构均匀性，引起局部应力集中，降低材料的疲劳性能和耐腐蚀性能。
纤维的断裂和错位同样会对复合材料的性能产生负面影响。
纤维在复合材料中通常起着主要的承载作用，如果纤维发生断裂或错位，材料的强度和刚度将大幅降低。
那么，这些微观缺陷是如何影响复合材料的性能的呢？从力学性能方面来看，微观缺陷会导致材料的强度、刚度、韧性和疲劳寿命下降。
不锈钢纤维多孔材料的能量吸收性能
不锈钢纤维多孔材料的能量吸收性能敖庆波;王建忠;马军;汤慧萍【摘要】以不锈钢纤维毡为原料, 通过配料及高温烧结得到不锈钢纤维多孔材料.对不同孔结构的不锈钢纤维多孔材料进行压缩性能测试, 经计算得到能量吸收值.结果表明, 随着烧结结点数量的增加, 不锈钢纤维多孔材料的能量吸收能力有所提高;在丝径为8～28μm之间, 改变材料的丝径, 对改变纤维多孔材料的能量吸收能力影响不大;随着孔隙度的降低, 纤维多孔材料的能量吸收性能有明显提高.%Stainless steel fiber porous materials were prepared through batching and sintering at high temperature with stainless steel fiber felt as raw materials.The compressive properties of the stainless steel porous materials with different pore structures were tested and the energy absorption values were calculated in this paper.The results show that as the number of the sintering joints increasing, the energy absorption ability of the stainless steel fiber porous materials improved.The effect of the fiber porous materials on the energy absorption capacity was very little, when the diameter of the fiber was between 8-28μm.As the porosity decreased, the energy absorption properties of the fiber porous materials significantly improved.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2019(050)001【总页数】4页(P1155-1157,1163)【关键词】不锈钢纤维毡;烧结结点;孔隙度;丝径;能量吸收性能【作者】敖庆波;王建忠;马军;汤慧萍【作者单位】西北有色金属研究院金属多孔材料国家重点实验室,西安 710016;西北有色金属研究院金属多孔材料国家重点实验室,西安 710016;西北有色金属研究院金属多孔材料国家重点实验室,西安 710016;西北有色金属研究院金属多孔材料国家重点实验室,西安 710016【正文语种】中文【中图分类】TB340 引言金属纤维多孔材料是一类重要的功能材料，不仅具有较好的降噪性能：单一结构在中高频范围内具有较好的吸声性能，吸声系数最高达0.95，梯度结构在高于1 500 Hz的频率范围内可保持稳态吸声系数高于0.9，通过复合金属薄膜材料在中低频达到平均吸声系数高于0.3[1-6]；还具有独特的力学性能，如其在受压缩过程中，具有较长的屈服平台，这说明金属纤维多孔材料具有较好的屈服强度[7-10]；在换热传热方面也有很好的表现：在ΔT<20 ℃的过热度范围内，纤维多孔材料的池沸腾换热性能是紫铜基板池沸腾换热性能的2～5倍[11-14]。
不锈钢纤维多孔材料的能量吸收性能
不锈钢纤维多孔材料的能量吸收性能
不锈钢纤维多孔材料在能量吸收性能方面具有许多优势，其结构特点
使其能够有效地吸收大量的能量，并在受力过程中发生塑性变形，从而起
到减缓冲击力的作用。
本文将从不锈钢纤维多孔材料的结构、制备方法以
及能量吸收性能等方面进行探讨。
首先，不锈钢纤维多孔材料的结构特点对其能量吸收性能起到至关重
要的作用。
该材料以不锈钢纤维为基底，在其表面制备有一定的多孔结构，使得材料具有更多的弯曲和断裂能力。
纤维之间的连接处通过多孔结构来
增强，因此能够在受到外部冲击时吸收更多的能量，降低对外界造成的冲
击力。
其次，不锈钢纤维多孔材料的制备方法也是决定其能量吸收性能的重
要因素。
目前常见的制备方法主要包括模板法、湿法成型、泡沫法等。
其中，模板法是一种比较常用的制备方法，其利用模板模具将不锈钢纤维进
行成型，然后通过适当的处理使得纤维表面形成多孔结构。
这种方法制备
的多孔材料具有均匀分布的孔洞，能够有效地增强材料的能量吸收性能。
最后，不锈钢纤维多孔材料在能量吸收性能方面具有很高的应用潜力。
它可以广泛应用于汽车、航天航空、工程护栏等领域，用于缓解碰撞、减
少震动。
此外，不锈钢纤维多孔材料还可在军事、运动保护等领域中发挥
重要作用，提高设备和人员的安全性。
总的来说，不锈钢纤维多孔材料在能量吸收性能方面具有很高的潜力，其结构特点、制备方法以及广泛的应用前景表明了这一材料的重要性。
希
望未来能够进一步深入研究不锈钢纤维多孔材料的性能，推动其在各个领
域的应用，为人们的生活和工作提供更多的保障。
材料的孔隙率越大
材料的孔隙率越大材料的孔隙率是指材料内部所含孔隙的比例，是衡量材料孔隙性质的重要参数之一。
孔隙率越大，意味着材料内部的孔隙结构越复杂，孔隙间的连接越多，这将对材料的性能产生重要影响。
首先，材料的孔隙率越大，通常意味着材料的密度越小。
因为孔隙率是指材料内部孔隙体积与总体积的比例，所以当孔隙率增大时，材料的实际物质体积相对减小，密度也会相应减小。
这种低密度的特性使得孔隙率大的材料通常具有较轻的重量，更适合用于一些对重量要求较低的场合，比如航空航天领域的轻质结构材料。
其次，孔隙率越大的材料，其吸附性能通常也更好。
由于孔隙率大意味着材料内部含有更多的孔隙结构，这些孔隙结构能够提供更多的吸附位点，使得材料能够更多地吸附气体、液体或其他物质。
这种吸附性能的提升，使得孔隙率大的材料在吸附分离、催化反应等方面具有更广泛的应用前景。
此外，孔隙率越大的材料通常具有更好的隔热隔音性能。
由于孔隙结构能够有效地阻碍热传导和声波传播，因此孔隙率大的材料往往能够更有效地隔绝热量和声音的传递，具有良好的隔热隔音效果。
这种性能使得孔隙率大的材料在建筑、汽车、船舶等领域的隔热隔音材料中有着广泛的应用。
最后，孔隙率越大的材料在一些特殊的环境中也具有一定的优势。
比如在土壤中，孔隙率大的土壤通常具有更好的通气性和保水性，有利于植物的生长。
在过滤材料中，孔隙率大的材料能够更有效地过滤掉微小的杂质颗粒。
在某些储能材料中，孔隙率大的材料能够更有效地储存和释放能量。
综上所述，材料的孔隙率越大，通常意味着材料具有更轻的密度、更好的吸附性能、更好的隔热隔音性能以及更广泛的应用前景。
因此，对于不同的应用领域，我们需要根据具体要求选择合适孔隙率的材料，以期发挥其最佳性能。
同时，我们也需要在材料设计和制备过程中，合理控制孔隙率，以满足特定需求。
多孔材料的孔隙度与导热性能关系研究
多孔材料的孔隙度与导热性能关系研究引言：多孔材料在能源转化、传热、吸附等领域具有广泛应用。
而孔隙度是影响多孔材料性能的重要因素之一。
本文将探讨孔隙度对多孔材料导热性能的影响，并分析其中的机理和应用前景。
一、孔隙度与导热性能的关系多孔材料中的孔隙可以作为传热介质，通过传导热量实现导热效果。
孔隙度是描述多孔材料中孔隙占据空间比例的指标，它直接影响材料导热性能。
一般情况下，孔隙度越大，材料的导热性能越差；反之，孔隙度越小，导热性能越好。
二、孔隙度对导热性能的影响机理1. 界面传热效应多孔材料的热传导主要经过孔隙中的气体或液体介质。
当孔隙度较大时，介质之间的界面接触面积增大，界面热阻也相对增加，从而导致效率较低的传热。
2. 热辐射多孔材料中的孔隙可通过热辐射的方式传递热量。
孔隙度的大小会影响辐射传热的路径长度，较大的孔隙度使辐射传热路径变长，从而降低热辐射传热效果。
3. 气体或液体介质导热多孔材料中的孔隙可以充填气体或液体介质，这些介质对传热的影响也是与孔隙度密切相关的。
孔隙度越大，充填介质的数量越多，导致传热过程中热阻增大，从而导致传热效率降低。
三、调控孔隙度改善导热性能的方法1. 表面处理通过改变多孔材料的表面性质，如润湿性等，可以有效地调控孔隙的尺寸和形态，从而改善导热性能。
2. 孔隙尺寸控制通过控制多孔材料的孔隙尺寸和分布，可以实现对孔隙度的精确调控，从而优化导热性能。
3. 化学合成利用化学方法在多孔材料中引入具有导热性能的成分，以增加导热路径并提高导热性能。
四、多孔材料的导热性能与应用前景近年来，多孔材料在能源转化和传热领域的应用日益受到关注。
其导热性能与孔隙度的关系研究为材料设计和应用提供了新的思路。
1. 能量转化多孔材料的较好导热性能可以提高能量转化效率，比如在太阳能电池中，利用多孔材料的导热性能可以促进光电转换效率的提高。
2. 热储能多孔材料的热导率与孔隙度的关系研究对于热储存材料的开发具有重要意义。
物质组织的孔隙结构对其性能产生显著影响
物质组织的孔隙结构对其性能产生显著影响摘要：物质的孔隙结构是指由孔隙大小、孔隙形状、孔隙分布和孔隙连通性等要素组成的网络结构。
这些孔隙结构对物质的性能具有重要影响。
本文将探讨不同孔隙结构对物质性能的影响机理，并介绍了一些相关研究成果。
1. 引言物质的孔隙结构对其性能具有重要影响。
不同的孔隙结构会影响物质的密度、强度、导热性、气体或液体吸附能力等多个方面的性能，从而决定了物质的应用范围和性能优劣。
2. 孔隙结构对物质性能的影响2.1 孔隙大小孔隙大小对物质的吸附能力、介质流动性和机械性能等方面产生显著影响。
较大的孔隙可以提高物质的吸附能力和介质流动性，但可能降低物质的机械强度。
较小的孔隙则可以增加物质的强度，但可能限制物质的吸附能力和介质流动性。
2.2 孔隙形状孔隙形状对物质的相变行为、介质流动性和化学反应等方面产生显著影响。
例如，球形孔隙具有更好的流动性和导热性，而细长孔隙则可能导致流动阻力增加。
此外，不同形状的孔隙还会对物质的可压缩性、扩散性和反应速率等产生影响。
2.3 孔隙分布孔隙分布对物质的均质性、渗透性和荷载分布等方面产生显著影响。
均匀分布的孔隙可以提高物质的均质性和渗透性，从而改善其传质性能和机械性能。
而不均匀分布的孔隙则可能导致物质的非均质性和渗透性降低。
2.4 孔隙连通性孔隙连通性对物质的导热性、渗透性和透气性等方面产生显著影响。
高连通性的孔隙网络可以提高物质的导热性和渗透性，从而提高其传热性能和传质性能。
而低连通性的孔隙网络则可能导致物质的导热性和渗透性降低。
3. 孔隙结构对物质性能的优化根据不同应用的需求，可以通过优化孔隙结构来改善物质的性能。
例如，对于吸附材料，可以通过控制孔隙大小和孔隙连通性来提高其吸附能力。
对于隔热材料，可以通过控制孔隙形状和孔隙分布来提高其导热性能。
对于过滤材料，可以通过控制孔隙大小和孔隙分布来提高其过滤效率。
4. 相关研究案例4.1 孔隙结构对炭材料性能的影响炭材料具有多孔性和高孔隙率，其孔隙结构对其气体吸附能力和电化学性能等具有重要影响。
金属纤维多孔材料力学性能的研究进展
万方数据
·２６８·
稀有金属材料与工程
第３８卷
烧结温度越高，保温时间越长，所得到多孔材料孔结 构越好，金属丝之间结点也就越粗糙，则孔隙度越低。 在压缩过程中，钢丝网表现出与其它多孔材料一样的 弹．塑性行为。随着孔隙度增大，多孔钢丝网屈服强度
和弹性模量降低。当孔隙度从３３．９０％增加到５６．２７％ 时，其屈服强度从４６．９ ＭＰａ降低到１４．８ ＭＰａ，其弹 性模量从１．４２ ＧＰａ降低到０．４２ ＧＰａ。
Ｖ０１．３８，Ｓｕｐｐｌ．３ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００９
金属纤维多孑Ｌ材料力学性能的研究进展
乔吉超１，２奚正平２，汤慧萍２，王建永２，朱纪磊２
（１．西北工业大学，陕西西安７１００７２） （２．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：金属纤维多孔材料既有金属的性质，又因内部存在着大量的孔隙而具有一系列的功能特性，是一类优良的结
构功能一体化材料。本文主要分析了金属纤维多孔材料的制备方法，讨论了该材料的力学性能，并着重介绍了近几年
该领域的最新研究进展。
关键词：金属纤维多孔材料；力学性能；制备；结构材料
中图法分类号：ＴＦｌ２５：ＴＢ３８３
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２．１８５Ｘ（２００９）Ｓ３．２６７．０４
１ 引言
烧结金属纤维多孔材料在高温吸声、水下消音、 表面燃烧、热管等方面所表现出的优异性能，已经引 起了材料研究工作者的广泛关注【１硼。金属多孔材料正 在从功能单一的材料用途向结构材料延伸，最终实现 多功能化、结构功能一体化的突破。随着金属多孔材 料的功能结构一体化的研究，越来越需要研究功能性 金属多孔材料在结构件中的力学行为，积累这些材料 在承受一定载荷和冲击情况下的基础力学数据，同时 为拓宽金属多孔材料的多功能化提供依据［５～ｔ３】。
烧结316L不锈钢粉末多孔材料拉伸性能的研究
烧结316L不锈钢粉末多孔材料拉伸性能的研究许飞;焦磊;张娟【摘要】以316L不锈钢粉末为原料，采用模压成形与烧结工艺，制备出孔隙度为20％～45％的烧结316L不锈钢粉末多孔材料，分别采用了1150~C和1200~C烧结温度．结果表明：1200℃对比1150％烧结温度可改善烧结316L不锈钢粉末多孔材料烧结颈的发育情况，提高烧结颈的结合强度，试样表现出更好的力学性能．其拉伸力学行为表现为宏观上为脆性断裂，在局部区域内为塑性变形，试样在很小的塑性变形后即发生断裂，断口显示出韧窝形态．随着孔隙度的升高，韧窝数量及分布减少．%In this study, with 316L stainless steel powder as raw material, 316L sintered stainless steel powder porous material of 20% -45% was prepared at 1 150℃ and 1200℃ respectively. The technique adopted was die forming and sintering. The experiment shows that, compared with sintering a t 1 150℃, sintering at 1 200℃ resulted in an obvious improvement of the sintered neck of sintered 316L stainless steel powder porous material, an enhanced strength and better mechanical properties. The material＇ s tensile mechanical behavior features a general brittle fracture and partial plastic deformation. When slightly deformed, the sample fractured. The rupture takes on the form of a dimple. With the increase of porosity, the number and distribution of dimples decrease.【期刊名称】《西安文理学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(015)003【总页数】5页(P61-65)【关键词】烧结;金属多孔材料;孔隙度;拉伸性能【作者】许飞;焦磊;张娟【作者单位】西北有色金属研究院材料分析中心,西安710016;西北有色金属研究院材料分析中心,西安710016;西北有色金属研究院材料分析中心,西安710016【正文语种】中文【中图分类】TB383烧结316L不锈钢粉末多孔材料具有耐高温、耐腐蚀、易加工等优点，作为重要的过滤分离材料而广泛应用于石油、化工、核能等工业领域.随着其应用领域的扩展及服役环境越来越苛刻，很有必要对其力学性能进行全面的研究.抗拉强度是材料在静拉伸条件下的极限承载能力，多孔材料由于孔的存在抗拉强度下降很显著，在产品设计时，其许用应力是以抗拉强度为指标的.对于有一定塑性的烧结金属粉末多孔材料，在外力的作用下会产生小量的塑性变形，孔隙度也将发生变化，由于孔隙度较高的材料塑性变形很小，在很小的塑性变形后即发生断裂.这是由于其内部组织结构的复杂性与不均匀性，材料中的缺陷或裂纹比致密材料中多而且大得多造成的.1 样品制备烧结316L不锈钢粉末多孔材料的制备工序流程如图1.采用－320目316L不锈钢粉末，通过模压成形再进行烧结制备出试样.烧结温度1 200℃时制备出期望孔隙度分别为20%、25%、30%、40%、45%的五组试样，烧结温度1 150℃时制备出期望孔隙度分别为20%、25%、30%的三组试样，每组三个样.样品原始尺寸为10×24×25 mm.当要求更进一步改善其力学性能和耐腐蚀性能时，可采用1 315℃烧结温度［1］.图1 多孔材料的制备工序流程抗拉强度是结构材料最重要的力学性能指标之一.由于材料中孔的存在，烧结316L 不锈钢粉末多孔材料的抗拉强度跟致密金属材料相比下降很多.由于制备样品采用模压成形，高温烧结而成，原始样品的尺寸很小(10×24×25 mm)，不能按照GB/T228－2002制备国标样品.设计了厚度为2 mm的工字形拉伸试样并自制了夹具，拉伸样品规格见图2.工字形拉伸试样采用线切割加工而成，采用相对应的夹具装夹样品，能够保证中轴线垂直，得到的抗拉强度较为准确.图2 拉伸样品尺寸图/mm2 试验结果及分析拉伸试验在Instron 5982材料试验机上进行，将工字型拉伸样品夹持在试验机中轴线上，保持受力严格垂直.拉伸速率采取0.25 mm/min，试验机采集相应的载荷与变形绘制出应力－应变曲线图，由拉伸曲线上测出试验中的最大力值，除以试样原始横截面积得出抗拉强度Rm.2.1 孔隙度对试样抗拉强度的影响塑性材料的拉伸应力－应变曲线特点是包含弹性变形、屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀塑性变形(产生颈缩)、断裂的过程.脆性材料的拉伸应力－应变曲线特点是只发生弹性变形，不发生塑性变形，在最高载荷断裂，形成平断口.图3为22.1%孔隙度烧结316L不锈钢粉末多孔材料与316L不锈钢致密材料的拉伸应力－应变曲线.316L不锈钢在常温下显示出非常好的塑性，应力－应变曲线为连续过渡型，拉伸曲线没有明显的屈服平台.烧结316L不锈钢粉末多孔材料的拉伸性能跟致密金属材料相比，在于粉末颗粒之间的接触面的影响，主要差别在于孔的影响，如孔隙度、孔的形状和大小、孔径及分布等.由于烧结316L不锈钢粉末多孔材料中大部分孔是不规则形状的，角形孔在载荷作用下，尖角处产生应力集中而成为裂纹萌生处，显著降低材料拉伸性能.球形孔的边缘呈弧状，导致应力分散;针状或长条状孔的边缘有些为锐角，它们周围的应力比球形孔的集中，所以球形孔对拉伸性能的影响远比针状或长条状孔的小.孔隙的存在明显降低了载荷作用横截面积，同时孔隙也是引起应力集中的地方，可以认为是材料内部最主要的组织缺陷，因而跟致密金属材料相比，烧结金属粉末多孔材料的拉伸力学性能显著下降.图4为1 200℃烧结四个孔隙度试样的拉伸应力－应变曲线，可以看出最初显示的都是线性弹性行为，然后是形变硬化，表现出一定的塑性，但不出现颈缩.多孔材料拉伸的弹性阶段主要是孔壁的弹性阶段，而孔壁一旦发生屈服，孔的形状发生不可回复的变化，则意味着试样孔隙度的变化［2］.由于一般把延伸率在5%以上的断裂归为韧性断裂，延伸率低于5%的断裂归为脆性断裂，除22.1%孔隙度试样表现出一定塑性外，其他更高孔隙度试样均为脆性断裂.由于孔的存在，使得载荷承受在连接的粉末颗粒的接触面上，随着载荷的增加，由于各烧结体的形状、大小不同，烧结体之间的应力状态也不同，其塑性变形量也不均匀，当宏观上塑性变形量还不大的时候，个别烧结体或烧结体之间的接触面的塑性变形量已达极限值，甚至发生断裂.随着部分烧结体或接触面发生断裂，基体内烧结体或接触面的面积减少，只剩下个别大的烧结体或接触面，使得其承受的载荷增大，因此也很快断裂，所以没有颈缩.图3 22.1%孔隙度样品与致密材料的拉伸应力－应变曲线图4 不同孔隙度烧结316L不锈钢粉末多孔材料的拉伸应力－应变曲线拉伸的初始变形过程与压缩过程十分相似，都是孔的孔棱弯曲及孔壁的拉伸和压缩.但在屈服阶段，拉伸变形机制与压缩变形机制出现明显的差异.压缩过程中，烧结316L不锈钢粉末多孔材料的塑性或脆性崩塌是在与加载方向垂直的变形带内进行的.拉伸时，孔壁和孔棱主要受拉应力的作用，使得这些部位的屈曲变得不可能，拉伸变形集中在多孔金属材料的薄弱区域.影响烧结316L不锈钢粉末多孔材料抗拉强度的因素很多，包括孔隙度的大小、孔隙的不规则程度、孔隙曲率半径、孔隙间距等.除了孔隙度影响多孔材料的抗拉强度，316L不锈钢的组织结构也对抗拉强度有很重要的影响.烧结金属粉末多孔材料的断裂一般都发生在原始颗粒之间的连接处，大颗粒之间的孔隙大，连结很弱，而小颗粒的孔隙小，粘结面相对较大，连接较强，因而其抗拉强度随孔隙度下降而升高.断裂是以内部或表面存在的缺陷为起点发生的，孔隙形状和尺寸在决定材料抗拉强度方面等效于裂纹尺寸.孔的分布是杂乱无章的，成为断裂源的缺陷呈概率分布，所以相同孔隙度的样品抗拉强度是有区别的.对于烧结金属粉末多孔材料的拉伸试验需大量取样，本试验每个孔隙度下取3个试样.关于抗拉强度与孔隙度的关系已有经验公式1［3］来描述:式中:Rm——多孔材料的抗拉强度/MPa;Rm0相应的致密材料的抗拉强度/MPa;ε——孔隙度;m——常数，一般3～6.实测致密316L不锈钢材料的抗拉强度约为610 MPa，对1 150℃烧结的烧结316L不锈钢粉末多孔材料得到Rm= 610×Rm0(1－ε)5.9;对1200℃烧结的试样得到Rm=610× Rm0(1－ε)5.3，常数m随着烧结温度的提高而降低.2.2 烧结温度对试样抗拉强度的影响图5 烧结316L不锈钢粉末多孔材料的抗拉强度图5比较了不同烧结温度下近似孔隙度试样的抗拉强度.烧结温度对试样抗拉强度的影响很大，随着烧结温度的提高，其抗拉强度随之增强.这是由于随着烧结温度的提高，烧结过程中物质的迁移速度加快所致［4－5］.在烧结初期，由于316L不锈钢粉末颗粒表面凹凸不平，烧结过程中颗粒的相互连接是在颗粒表面上进行.随着烧结温度的升高，烧结机制变为晶界扩散，颗粒与颗粒接触的区域通过形核、长大等原子迁移方式形成烧结颈.随着烧结的进行，原子向颗粒结合面迁移使烧结颈扩大，颗粒间距缩小，烧结体的强度增大.随着烧结温度的升高，颗粒间原来相互连通的孔隙逐渐收缩成闭孔，并逐渐球化.因而1 200℃烧结比1 150℃烧结的试样的抗拉强度明显升高.烧结温度对材料抗拉强度的影响还在于对孔隙形状的影响，1 200℃烧结的试样中孔隙较易球化.球化的孔隙能减少应力集中，从而使试样的抗拉强度增强.孔径越大，孔形越不规则，应变集中越容易产生［6］.在孔隙度较低的试样中，球形孔越多，分布越均匀，塑性应变越均匀，显示出更好的拉伸性能.2.3 拉伸断口分析烧结316L不锈钢粉末多孔材料的拉伸试验宏观上为脆性断裂［7］，在局部区域内为塑性变形，显示出韧窝形态，空洞聚集也能引发宏观上尺寸变化很小的脆性断裂.图6 拉伸断口SEM图×4000微孔聚集断裂过程包含微孔形核、长大、聚合、断裂.微孔是通过第二相或夹杂物本身破裂，或第二相或夹杂物与基体脱离而形核的，成核的原因是位错引起的应力集中.微孔长大时，几个相邻微孔之间的基体横截面积不断减少，基体被微孔分割为无数个小单元，借助塑性流变方式产生内颈缩而断裂，使微孔聚合形成微裂纹.在裂纹尖端存在三向拉应力区和集中塑性变形区，使形成新的微孔.新的微孔借内颈缩与裂纹连通，使裂纹向前推进，如此不断进行直至断裂.韧窝是微孔聚集断裂断口最基本的特征，韧窝的大小(直径和深度)取决于第二相的大小和分布、基体材料的塑性变形能力、外力的大小和状态等.第二相质点密度增大或间距减小，则微孔尺寸减小.图6是拉伸断口韧窝形貌的放大图.图7 不同孔隙度试样拉伸断口SEM图×1000图7对比了不同烧结温度相近孔隙度试样的拉伸断口形貌，断口由断开的烧结体和暴露的烧结颗粒组成，断开的烧结体呈韧窝型静载断裂特征.空穴首先在烧结体中的夹杂物处萌生，随着变形的增加，空穴膨胀并连接，形成韧窝面.韧窝形状取决于载荷条件，由于受到垂直于断口平面的正应力，形成的是等轴韧窝.由于316L 不锈钢粉末烧结体塑性很好，所以形成深的韧窝.随着孔隙度的升高，断开的烧结体面积减小，韧窝的形状均为小而且深，但分布区域减少，密集程度下降.1 200℃烧结试样跟1 150℃烧结试样相比，其断裂区断口的韧窝数量更多、分布更广，这是由于烧结温度的提高对烧结颈的发育有改善作用，提高了材料的强度及塑性.3 结论烧结316L不锈钢粉末多孔材料的拉伸性能跟致密金属材料相比，由于基体内分布着大量杂乱无章的孔，其拉伸力学行为表现为在很小的塑性变形后即发生断裂.本试验研究了孔隙度、烧结温度对烧结316L不锈钢粉末多孔材料抗拉强度的影响关系，并对其断裂机制进行了分析.得出以下结论:(1)烧结316L不锈钢粉末多孔材料的拉伸试验宏观上为脆性断裂，在局部区域内为塑性变形，显示出韧窝形态，说明空洞聚集也能引发宏观尺寸变化很小的脆性断裂.烧结316L不锈钢粉末多孔材料的拉伸应力－应变曲线:先是很短的弹性阶段，然后是形变硬化阶段，但很快就脆性断裂，显示出一定的塑性，但不出现颈缩. (2)影响烧结316L不锈钢粉末多孔材料抗拉强度的因素很多，包括孔隙度、孔隙的不规则程度、孔隙曲率半径、孔隙间距等;316L不锈钢的组织结构也对其抗拉强度有很重要的影响.孔的分布是杂乱无章的，成为断裂源的缺陷呈概率分布，所以相同孔隙度的样品抗拉强度是有区别的，对于烧结金属粉末多孔材料的拉伸试验需大量取样.(3)随着孔隙度的升高，韧窝数量及分布越少.1 200℃烧结跟1 150℃烧结相近孔隙度的试样相比，其断裂区断口的韧窝数量更多、分布更广，这是由于烧结温度的提高对烧结颈的发育有改善作用，提高了材料的强度及塑性.对1 150℃烧结的316L不锈钢粉末多孔材料得到Rm=610×Rm0(1－ε)5.9;对1 200℃烧结的样品得到Rm=610×Rm0(1－ε)5.3，常数m随着烧结温度的提高而降低.［参考文献］［1］ HADIM H，NORTH M.Forced convection in a sintered porous channel with inlet and outlet slots［J］.International Journal of Thermal Sciences，2005，44(1):33－42.［2］ BOCCACCINI A putational simulations for the assessment of the mechanical properties of glass with controlled porosity［J］.Journal of Porous Materials，2003，3(10):189－200.［3］ SEAH K H W，THAMPURAN R，TEOH S H.The Influence of Pore Morphology on Corrosion［J］.Corrosion Scince，1998，40(4/5):547－556. ［4］ KENIJ D，TOMIHARU M.Mechanical properties of porous titanium alloy fabricated by powder sintering for medical use［J］.Journal of the Japan Institute of Metals，2007，71(5):564－571.［5］ FLECK N A，OLURIN O B，CHEN C.The effect of hole size upon the strength of metallic and polymeric foams［J］.J Mech PhysSolids，2001，49(9):2015－2030.［6］ ANDREWS E W，GIBSON L J.The influence of crack－like defects on the tensile strength of an open－cell Aluminum foam［J］.Scripta Mater，2001，44(7):1005－1010.［7］［美］GIBSON L J.多孔固体结构与性能［M］.刘培生译.北京:清华大学出版社，2003:11－36.。
多孔材料的孔结构对其力学性能及破裂机制的影响
材料. 通过试验ꎬ对两种孔隙结构不同的蚀变型金
认为较高的孔隙体积会
尾矿制备的多孔材料的力学性能和耐久性进行了
导致更大程度的孔隙合并ꎬ使得孔径较大且强度
分析ꎬ并利用数字图像技术和大规模并行计算ꎬ通
较低. Ｎａｍｂｉａｒ 等
[１１]
通过探究孔隙尺寸等因素对
过构建可以反映多孔材料内部孔隙的三维非均匀
条件下对试件进行了 ４８ ｈ 干 燥 处 理ꎬ 自 然 冷 却
后ꎬ通过 ＪＥＡ１０００１ 电子天平对材料质量进行测
据图像提供的骨料真实几何形状与位置信息建立
量. 将干燥后的试块放入 ＤＺＦ 型真空抽气机中ꎬ
数值模型ꎬ研究多孔材料的内部孔隙的细观特征
使试件完全泡水并且水面没过岩石上表面至少
以及其非均匀性对宏观性能的影响ꎬ是研究多孔
基金项目: 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 ( ５２１７４０７１ꎬ Ｕ１９０３２１６ꎬ ５２００４０５２ ) ꎻ 中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 资 金 资 助 项 目
( Ｎ１８０７０１００５) .
作者简介: 贾 蓬(１９７３ － ) ꎬ女ꎬ内蒙古呼和浩特人ꎬ东北大学副教授ꎬ博士.
ｉｓ ｌａｒｇｅꎬ ａ ｌａｒｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｓ ｗｉｌｌ ａｐｐｅａｒ ｕｎｄｅｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｗｉｔｈ ｍａｎｙ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ
ｃｒａｃｋｓ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｐｏｒｏｕｓ ｍａｔｅｒｉａｌꎻ ｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎻ ｍａｃｒｏｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓꎻ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍꎻ ＲＦＰＡ３Ｄ ￣ＣＴ
ｌａｒｇｅｒ ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙꎬ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ. Ｔｈｅ
多孔不锈钢材料的制备及孔隙控制
多孔不锈钢材料的制备及孔隙控制吴树海;王霏;张际亮;江开勇【摘要】In this paper, a controllable porosity porous stainless steel was prepared by gel⁃casting and microwave sintering. The gel⁃casting parameters, microwave sintering parameters, the shape factor of the powder and the powder size impact on the pore structure are investigated. The results show that the fluidity of the slurry performs the best and the dried green body has high strength at volume solids content of 56%, gelatin content of 1%, sodium alginate content of 0. 8% and the mixture pH value of 7. The material has good pore morphology at sintering temperature of 1 200 ℃ and holding time of 30 min. The increase of powder shape factor and the decrease of particle size results in a decrease of pore diameter and porosity with a uniform distribution. The porous stainless steel with porosity of 20%~ 35%and pore size of 10~30μm can be obtained with the particle size of 35~ 60μm and powder shape factor of 0.85~1.0. In conclusion, the porosity and average pore diameter of porous stainless steel can be controlled accurately by selecting different powder shape factor and particle size of powder with reasonable parameters of gel⁃casting and microwave sintering.%利用凝胶注模工艺结合微波烧结的方法制备孔隙可控的多孔不锈钢，实验研究了凝胶注模参数、微波烧结参数、粉末形状和粉末粒径等因素对孔隙结构的影响．研究表明：体积固相含量达56％，明胶和海藻酸钠含量分别为1％和0．8％，混合液pH值为7时，浆料流动性好，干燥后的坯体强度较高；烧结温度达1200℃，保温时间为30 min，孔隙形貌较好；原料的粉末形状因子越大，粒径越小，则多孔不锈钢的孔径和孔隙率越小，分布越均匀；采用粒径35～60μm，形状因子0．85～1．0的粉末，制备出的多孔不锈钢孔隙率为20％～35％、孔径为10～30μm，接近现有透气模具钢水平．通过选取不同粉末形状因子和粒径的粉末，以及合理的凝胶注模和微波烧结工艺参数，可以准确控制多孔不锈钢材料的孔隙率与平均孔径．【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2016(024)003【总页数】7页(P55-61)【关键词】多孔不锈钢;凝胶注模;微波烧结;孔隙结构;粉末特性【作者】吴树海;王霏;张际亮;江开勇【作者单位】华侨大学机电及自动化学院，福建厦门361021;华侨大学机电及自动化学院，福建厦门361021;华侨大学机电及自动化学院，福建厦门361021;华侨大学机电及自动化学院，福建厦门361021【正文语种】中文【中图分类】TG141多孔不锈钢材料是一类具有特殊性能的功能材料，其内部含有大量连通或半连通的孔隙，具有密度低、比表面积大、比强度高、透水、透气等特性，广泛应用于工业生产过程中的过滤元器件中.在模具生产中，利用多孔不锈钢良好的散热性和透气性，将其作为注塑模具上的镶嵌块，可解决注塑过程中的困气问题［1］.目前，常用的制备多孔不锈钢材料的方法主要有传统的粉末冶金法、激光烧结法、凝胶注模成型法、粉末注射成型法等.传统制备多孔不锈钢主要采用粉末冶金法，是以金属粉末为原料，经过成型和烧结，制造出半致密的金属材料，其内部含有连通或半连通的孔隙结构，此方法又称为烧结金属多孔材料.QUINARD C，KONG X 等［2-3］利用粉末注射成型（PIM）制备多孔316L不锈钢小型零件，通过模拟分析和实验研究相结合，系统研究了粉末颗粒PIM方法的制备工艺，制备出性能良好的多孔不锈钢材料.四川大学朱静等［4］研究了多孔不锈钢粉浆的制备，以316L不锈钢粉末为原料，以水为母液，加入分散剂、粘结剂、造孔剂和稳定剂配置流动性良好的浆料，采用粉浆浇注法制备坯体，通过实验确定了粉浆的最佳配制方案.近年来，有学者［5-7］提出利用快速成形方法，主要是依靠激光烧结，利用激光束将不锈钢粉末熔融堆积而快速成形出任意复杂形状的三维零件.现有技术主要依靠激光，虽然功率高，精度高，容易控制孔隙结构，但由于采用选择性加热，受热区域小，局部热应力较高，容易出现材料的开裂.本文采用凝胶注模/微波烧结复合工艺制备多孔不锈钢，通过改变凝胶注模的原料配比来选取合适的制备工艺参数；在相同的制备工艺下，通过改变制备的原料来探究制备过程中多孔不锈钢材料的孔隙变化规律，以满足工业上对不同孔隙结构多孔不锈钢的要求.本文在前期项目研究的基础上，参考其他学者的研究工作，提出了一种新的多孔不锈钢的制备工艺——凝胶注模/微波烧结（Gel-casting/ Microwave Sintering）复合工艺，并将本课题组［8-10］研究工艺较为成熟的水基天然凝胶体系应用于多孔不锈钢材料坯体的成型，经过脱模、干燥后，获得强度较好的生坯，坯体内部的有机物通过真空加热脱脂，有机物受热挥发为气体随着抽真空系统排出烧结腔，脱脂后的坯体经过微波烧结获得一定的强度，其工艺路线图如图1所示.1．1 凝胶注模工艺本实验所用材料为316L不锈钢粉末（南宫市焊博焊接材料有限公司），其粉末形状主要有球形、近球形、条状和不规则形状，化学成分如表1所示，SEM形貌如图2所示.实验用振动试验筛（新乡市人从众振动机械厂）筛选所需的粉末区间，用松装密度仪（宁波海曙瑞柯仪器有限公司）测量粉末的松装密度，称取一定量的316L不锈钢粉末，分别按照体积分数52%、54%、56%、58%、60%量取去离子水置于烧杯中，烧杯放在水浴锅中加热到80℃，加入相对固体粉末质量为0.8%的分散剂（海藻酸钠，上海青析化工科技有限公司生产），搅拌均匀后加入称量好的316L 不锈钢粉末和相对固体粉末质量分数为1%的粘结剂（明胶，广东汕头西龙化工厂生产），持续搅拌至溶液均匀，采用HCl溶液和NaOH溶液来调节浆料的PH值为7，在水浴锅中加热到80℃.然后，用旋转黏度计测量浆料的黏度，再浇入模具成型坯体.1．2 微波烧结工艺凝胶注模成型的316L多孔不锈钢生坯强度很低，经干燥、脱脂后必须再烧结才获得一定的机械性能.目前，国内外学者已经做了很多相关理论的研究，关于微波加热金属粉末还没有十分完善的理论.微波对金属粉末颗粒的穿透力极小，仅为微米级别.金属粉末与微波发生耦合作用仅限于粉末颗粒表面极薄的一层，其吸收的能量不足以有效地加热金属粉末整体.易建宏等人［11］提出，金属粉末内部的自由电荷在电磁场中同时受电场力和洛仑兹力作用，会在金属粉末颗粒内部形成高速环形流动的涡电流，涡电流的焦耳热是微波促进金属粉末压坯加热的机理之一.由于干燥后的坯体内含有大量的有机物，先将坯体置于传统烧结炉内进行脱脂，脱脂工艺温度曲线如图3（a）所示，再将坯体置于HAMiLab-HV3型高真空微波实验炉（长沙隆泰热工有限公司）进行烧结，微波频率为2.45 GHz，真空度为2.4×10-3Pa.微波烧结温度曲线见图3（b），其中450℃以下为120 W恒功率加热.加热结束后，烧结件随炉冷却10 h至室温.2．1 材料分析表征不锈钢粉末和多孔不锈钢试样表面形貌采用扫描电子显微镜（Phenom-Word BV）观察，多孔不锈钢的样品采用电火花线切割，用有机溶剂清洗表面油污.粉末粒径采用激光粒径仪（MALVERN Mastersizer 2000）检测，得到平均粒径和粒径分布.多孔不锈钢的孔隙率以阿基米德排液法为测量原理，使用Scout SE固体密度仪进行测量并计算得到.对于采用不规则形状的粉末颗粒作为原料，需要引入粉末形状因子Fs［12］，式中：As为粉末颗粒的投影面积；Pt为颗粒投影面的周长.根据4种不同形状的粉末颗粒SEM形貌，采用计算机二维图像处理提取粉末颗粒SEM图的边界线获得矢量图，再由Auto CAD软件自动计算得到边界线的周长和封闭图形的面积，进而计算出粉末的形状因子，4种不同形状粉末的形状因子如表2所示.由于孔结构的复杂性，很难十分准确定义多孔材料的孔径.采用美国多孔材料公司引入“等效孔径”的概念，对于任意一个孔截面孔径定义为：实际孔截面周长=直径为d的等效圆周长，即实际孔周长/实际孔截面积=等效圆周长/等效圆面积=4/d.因此，等效孔径为4倍的实际孔截面积与实际孔周长之比，即［12］式中：AP为孔的截面积；PP为孔的截面周长.2．2 体积固相含量对坯体孔隙率的影响固相含量是指凝胶体系中胶体中所含固体的含量，其值直接影响浆料的表观黏度、干燥脱脂过程中坯体的强度以及烧结后材料的孔隙率.实验对比了不同体积固相含量多孔不锈钢生坯的孔隙率，结果如图4（a）所示，可以看到，体积固相含量越高，孔隙率越低；体积固相含量高于56%后，孔隙率变化不大.由于体积固相含量还直接影响胶体的流动性和凝胶注模成形后生坯的强度，实验分析了不同体积固相含量制备的胶体黏度及多孔不锈钢生坯的抗弯强度，结果如图4（b）所示.从图4（b）以看出，体积固相含量越高，黏度越大，固相含量为56%～60%时变化最为明显；而抗弯强度随体积固相含量增多呈先增大后减小的趋势.这种现象的原因是，体积固相含量越高，胶体中粉末的摩擦阻碍作用更明显，黏度增长迅速；且体积固相含量越大，胶体成分越少，后续工艺过程中的孔隙率降低，有助于提高强度；但当体积固相含量太多时，胶体中粉末流动性变差，不同直径颗粒间填充不完全，坯体不均匀，反而会降低生坯的强度.综上实验结果，最佳的粉末体积固相含量在56%左右，此时具有较好的胶体流动性，便于凝胶注模，且成形后的生坯强度较高，后续烧结得到的样品强度也比较高.实验结果表明，实验中体积固相含量控制在56%，明胶含量（相对固体粉末质量分数）为1%，海藻酸钠（相对固体粉末质量分数）为0.8%，混合液PH为7，在水浴锅中加热到80℃，浆料流动性较好，注入模具后得到316L多孔不锈钢坯体，干燥后的坯体强度较高.2．3 烧结温度对孔隙结构的影响烧结温度是微波烧结多孔不锈钢材料最重要的参数，为探究烧结温度对多孔不锈钢材料内部孔隙结构的影响.实验选用38～50 μm的球形316L不锈钢粉末，凝胶注模成型生坯，体积固相含量为56%，经过冷冻干燥、脱脂后，微波烧结温度分别为1 100、1 150、1 200、1 250、1 300、1 350℃，保温30 min，烧结结束后随炉冷却.图5显示了在保温时间均为30 min，烧结温度在1 100～1 350℃下的微波烧结316L多孔不锈钢材料的SEM照片.在保温时间相同的情况下，当烧结温度为1 100℃时，样品欠烧，粉末颗粒之间的烧结颈长大不完全，晶粒较小且接触面积小.温度达到1 150℃时粉末的烧结颈显著增大，烧结体的抗弯强度也有较大的提高.当温度达到1 200℃，样品已有较好的烧结效果，粉末颗粒已能够较好地结合在一起.当温度达到1 250℃以上时，烧结体的开孔率下降，这可能是因为粉末的间隙不断减小，晶界的移动能增加，因此快速移动从而突破孔隙的阻碍，晶粒明显长大，且形成晶内孔隙.不同烧结温度下，凝胶注模成型316L多孔不锈钢材料坯体的孔隙率和线收缩率如图6所示，由于坯体本身含有大量的孔隙，因此，烧结温度的控制对成型件的性能及质量影响较大.合适的烧结温度，可以获得良好的孔隙结构，还可以获得良好的烧结特性.2．4 粉末特性对孔隙结构的影响2.4.1 粉末形状的影响实验选用4种不同形状的316L不锈钢粉末，粒径在38～50 μm，平均粒径均约为43 μm，通过凝胶注模工艺制备生坯，干燥、脱脂后进行微波烧结，升温速率为5℃/min，烧结温度为1 200℃，保温时间为30 min.烧结后的材料内部孔隙结构微小，无法直接观察，在扫描电子显微镜下观察形貌，结果如图7所示.由图7可以看到，球形粉末的坯体烧结后的孔隙形状比较规则，孔隙大小均匀且分布良好；近球形粉末的坯体烧结件的孔径大小较均匀，孔隙分布良好，孔隙形状有些不规则；不规则粉末的坯体烧结件的孔径大小差异比较明显，孔隙分布不均匀，孔隙形状很不规则；条形粉末的坯体烧结件的孔径大小差异很明显，孔隙分布也很不均匀，孔隙形状复杂，粉末颗粒之间的烧结颈很小.采用排液法测量图7所示的4种材料的孔隙率，粉末形状因子和多孔不锈钢的孔隙率关系如图8（a）所示.从图8可以看出，条形粉末（Fs= 0.61）制备得到的多孔不锈钢材料的孔隙率为36%，随着形状因子增大，孔隙率逐渐减小，球形颗粒（Fs=0.99）制备得到的多孔不锈钢材料的孔隙率为22%.因为粉末的形状因子越大，颗粒更接近球形，颗粒在堆积过程中的比表面积就小，其比表面值就越小，相同的烧结条件下形成的孔隙率也就越小.在相同制备工艺下，多孔不锈钢材料的平均孔径由原料的粉末特性决定.对于非球形颗粒组成的多孔材料，可以引入粉末颗粒的形状因子，则烧结后的多孔不锈钢平均孔径为［12］式中：ε为孔隙率；ds为粉末颗粒直径；Fs为粉末的形状因子.采用SEM图像二维处理法测定图7的4种孔隙结构的平均等效孔径，其结果作为实测值，将粉末的形状因子、平均粒径以及烧结后的材料孔隙率代入式（3）计算得到的孔隙大小为理论值，如图8所示.二者呈现相同的变化趋势，但结果存在一定差异，主要是因为理论值是在理想状态下的单一直径的粉末颗粒下制备得到的孔隙大小，而实验所采用的粉末不可能是同一直径的粉末颗粒，实验的原料经过筛分后大部分粒径分布在38～50 μm.因此，制备得到的多孔不锈钢材料的孔隙大小与理论值存在一定的差距.2.4.2 粉末粒径的影响采用筛分机筛选4种不同颗粒大小的316L不锈钢近球形粉末，形状因子约为0.89，粉末粒径分别为0～25，25～38，38～50，50～63 μm，粉末粒径采用激光粒径分析仪（MALVERN Mastersizer 2000）检测，测得平均粒径分别为15.9，29.9，42.3，53.8 μm.通过凝胶注模工艺制备生坯，干燥、脱脂后进行微波烧结，升温速率为5℃/min，烧结温度为1 200℃，保温时间为30 min.烧结后材料表面孔隙微小，肉眼无法直接观察得到.试样放入扫描电子显微镜观察微观形貌，结果如图9所示，黑色区域为材料表面的孔隙，孔隙率测试值如图10（a）所示.通过比较不同大小的原料颗粒制备得到的多孔不锈钢材料表面孔隙，发现材料的孔隙形状及其分布与原料的粒径没有太大关系，孔径大小随着原料粒径的增大而增大.由凝胶注模制备的坯体在微波烧结过程中，微波与粉末颗粒表层发生耦合作用，不同颗粒大小的粉末对微波的吸收不同，因此，呈现不同的加热特性［13-14］.实际金属粉体吸收微波，机理为电导损耗，穿透深度（δ）通常很小，式中：μ为磁导率；f为微波频率；σ为电导率.通常微波对金属粉末的穿透深度只有微米级别，对铁粉的穿透深度约在8 μm［15］.实验所用原料为近球形的316L不锈钢粉末，可近似看作球形粉末来处理，于是在微波烧结过程中单个粉体颗粒对微波有效吸收的体积分数为［14］式中：ε为微波达到穿透深度的粉末表层深度；R为粉体的半径.由式（4）和式（5）可知，在相同的烧结条件下，微波在加热过程中对同一种材料的穿透深度相同，粉末粒径越小，有效吸波体积分数就越大，坯体在烧结过程中涡流加热所起的作用越来越大［16］，致密化程度就越高，材料的孔隙率则越小. 将粉末的平均粒径以及烧结后的材料孔隙率代入式（3）计算得到不同颗粒直径的粉末制备得到的多孔不锈钢材料的孔隙大小作为理论值，通过多孔不锈钢的SEM图像处理计算得到材料的孔隙大小作为实测值，二者进行比较，如图10（b）所示，可以看出，实际测量值与理论值呈现相同的变化趋势，二者的差值主要来自制备工艺及测量误差.实测值和理论值的变化趋势都表明：多孔不锈钢的孔径随着原料粒径增大而增大.由于不同粒径不锈钢粉末的微波烧结特性不同，影响了多孔材料的孔隙大小，因此，原料的粒径越小，相同制备条件下烧结密度就越大，孔隙率越小.1）凝胶注模成型过程中体积固相含量为56%，明胶含量（相对固体粉末）为1%，海藻酸钠（相对固体粉末）为0.8%，混合液PH为7，在水浴锅中加热到80℃，浆料流动性较好，注入模具后得到316L多孔不锈钢坯体，干燥后的坯体强度较高.坯体微波烧结温度为1 200℃，保温时间为30 min，烧结后的多孔不锈钢孔隙形貌较好.2）在相同的凝胶注模和微波烧结条件下，原料粉末的形状因子越大，孔隙率和平均孔径越小，孔隙分布越均匀；原料粉末粒径越大，孔隙率和孔径越大；通过控制粉末的形状因子和粒径可以获得特定孔隙孔隙率和孔径的多孔不锈钢材料.3）通过测量原料粉末的形状因子和粒径以及烧结后多孔不锈钢材料的孔隙率，可以预测材料的平均孔径.4）通过粉末特性与孔隙率、孔径的关系式，可以选用粉末粒径在35～60 μm，粉末形状因子在0.85～1.0，则制备出孔隙率在20%～35%、孔径为10～30 μm 的多孔不锈钢材料，孔径分布比较均匀，与目前工业生产的注塑模具上广泛应用的透气钢材料的孔隙率和孔径大小相近.【相关文献】［1］蒋炳炎，申瑞霞，翟瞻宇，等.精密注射成型模具中多孔材料的应用新技术［J］.中国塑料，2008（09）：89-95. JIANG Bingyan，SHEN Ruixia，ZHAI Zhanyu，et al. APPlication of new technology of Porous material in Precision injection molds［J］.China Plastics，2008（09）：89-95.［2］KONG X，BARRIERE T，GELIN J C.Determination of critical and oPtimal Powder loadings for 316L fine stainless steel feedstocks for micro-Powder injection molding ［J］.Journal of Materials Processing Technology，2012，212（11）：2173-2182.［3］QUINARD C，SONG J，BARRIERE T，et al.Elaboration of PIM feedstocks with 316L fine stainless steel Powders for the Processing of micro-comPonents［J］. Powder Technology，2011，208（02）：383-389.［4］朱静，刘剑，杨屹.粉末冶金多孔不锈钢粉浆制备问题的研究［J］.热加工工艺，2010（11）：44-47. ZHU Jing，LIU Jian，YANG Yi.Study onPreParation of Powder metallurgy Porous stainless steel slurry［J］. Casting Forging Welding，2010（11）：44-47.［5］王迪.选区激光熔化成型不锈钢零件特性与工艺研究［D］.华南理工大学，2011.［6］王志阳.选区激光熔化制备多孔316L不锈钢和多孔钛的研究［D］.南京航空航天大学，2010.［7］XIE F，HE X，CAO S，et al.Structural and mechanical characteristics of Porous316L stainless steel fabricated by indirect selective laser sintering［J］.Journal of Materials Processing Technology，2013，213（06）：838-843.［8］张建伟，江开勇，王霏.凝胶注模成型用316L不锈钢浆料的制备［J］.机械工程材料，2009（10）：86-89. ZHANG Jianwei，JIANG Kaiyong，WANG Fei.PreParation of 316L stainless steel Powder susPension used for gelcasting［J］.Materials for Mechanical Engineering，2009（10）：86-89.［9］赵席鹏，江开勇，王霏.明胶凝胶注模成型不锈钢浆料的制备与生坯的性能［J］.机械工程材料，2012（12）：58-61. ZHAO XiPeng，JIANG Kaiyong，WANG Fei.PreParation of stainless Powder slurry through geleasting of gelatin and ProPerties of green body ［J］.Materials for Mechanical Engineering，2012（12）：58-61.［10］LIANG H H，WANG F，JIANG K Y.ExPerimental study on drying Process of greenbody in gelcasting of metal Part［J］.APPlied Mechanics and Materials，2012，217-219：1894-1898.［11］易健宏，周承商.金属基粉末冶金材料的微波烧结技术研究［C］//全国粉末冶金学术会议论文集.［S. l.］：［S.n.］，2009：14-20. YI Jianhong，ZHOU Chengshang.Metal Powder metallurgy material of microwave sintering technology research［C］//The Academic Meeting of Powder Metallurgy.［S.l.］：［S.n.］，2009：14-20.［12］奚正平汤慧萍.烧结金属多孔材料［M］.北京：冶金工业出版社，2009.［13］FUJIWARA H S T L A.Microwave heating behavior of fine stainless steel Powders in H-field at 2.45 GHz［C］//International Microwave Power Institute＇s 44th Annual SymPosium［S.l.］：［S.n.］，2010：79-82.［14］MOTOHARU SUZUKI M I M Y，SATO M.Numerical study of microwave heating of micrometer size metal Particles［J］.ISIJ International，2008（48）：681-684.［15］易建宏，罗述东，唐新文，等.金属基粉末冶金零件的微波烧结机理［J］.粉末冶金材料科学与工程，2002（03）：180-184. YI Jianhong，LUO Shudong，TANG Xinwen，et al. Mechanism of microwave sintering of Powder metallic Part［J］.Materials Science and Engineering of Powder Metallurgy，2002（03）：180-184.［16］彭元东.微波加热机制及粉末冶金材料烧结特性研究［D］.中南大学，2011.。
孔隙尺度效应
孔隙尺度效应
孔隙尺度效应是指在微观尺度下，孔隙结构对材料性能的影响。
在材料科学中，孔隙率是一个重要的参数，它可以影响材料的力学性能、热学性能、电学性能等。
孔隙尺度效应的研究对于材料的设计和制备具有重要意义。
在材料科学中，孔隙率是指材料中孔隙的体积占总体积的比例。
孔隙率越大，材料的密度越小，强度和刚度也会降低。
此外，孔隙率还会影响材料的热传导性能和电传导性能。
因此，在材料设计和制备中，需要考虑孔隙率的影响。
除了孔隙率，孔隙尺度也是影响材料性能的重要因素。
在微观尺度下，孔隙的大小和形状会影响材料的力学性能。
例如，当孔隙的尺寸小于材料的晶粒尺寸时，孔隙会对材料的强度和韧性产生显著影响。
此外，孔隙的形状也会影响材料的力学性能。
例如，当孔隙呈现出圆形或球形时，材料的强度和韧性会比较高。
在材料制备中，孔隙尺度效应也需要考虑。
例如，在制备多孔材料时，需要控制孔隙的大小和形状，以达到所需的性能。
此外，在制备纳米材料时，孔隙的尺度也需要考虑。
由于纳米材料的尺寸非常小，孔隙的尺度也需要非常小，以保证材料的性能。
孔隙尺度效应是影响材料性能的重要因素。
在材料设计和制备中，需要考虑孔隙率和孔隙尺度的影响，以达到所需的性能。
未来，随
着材料科学的不断发展，孔隙尺度效应的研究将会更加深入，为材料的设计和制备提供更多的理论支持。
孔隙结构对多孔材料声学性能的贡献分析
孔隙结构对多孔材料声学性能的贡献分析一、多孔材料孔隙结构概述多孔材料是一类具有大量孔隙的固体材料，这些孔隙在材料内部形成复杂的网络结构，赋予了材料独特的物理和化学性质。
孔隙结构是影响多孔材料声学性能的关键因素之一。
本文将深入探讨孔隙结构对多孔材料声学性能的影响，分析孔隙结构的类型、尺寸、分布及其与声波传播之间的关系。
1.1 孔隙结构的类型与特性孔隙结构可以按照不同的标准进行分类。
根据孔隙的形态，可以分为开孔结构和闭孔结构；根据孔隙的大小，可以分为微孔、中孔和大孔；根据孔隙的分布，可以分为均匀分布和非均匀分布。
不同类型的孔隙结构对声波的吸收、传播和反射具有不同的影响。
1.2 孔隙结构对声学性能的影响孔隙结构对多孔材料的声学性能有着显著的影响。
孔隙的大小、形状和分布会影响声波在材料内部的传播路径和速度，进而影响材料的吸声系数、隔音效果和共振频率。
此外，孔隙结构的均匀性也会影响声波的传播均匀性，从而影响材料的声学均匀性。
1.3 孔隙结构的优化设计为了提高多孔材料的声学性能，可以通过优化孔隙结构的设计来实现。
这包括选择合适的孔隙类型、调整孔隙尺寸、优化孔隙分布等。
通过这些方法，可以提高材料的吸声性能、降低噪音传播，以及改善声学环境。
二、孔隙结构与声波传播机制声波在多孔材料中的传播是一个复杂的物理过程，涉及声波与孔隙结构的相互作用。
本节将分析声波在多孔材料中的传播机制，探讨孔隙结构如何影响声波的传播特性。
2.1 声波在多孔材料中的传播过程声波在多孔材料中的传播包括入射、吸收、反射和散射等过程。
孔隙结构的特性会影响这些过程的发生和效率。
例如，孔隙的大小和形状会影响声波的吸收效率，孔隙的分布会影响声波的散射效果。
2.2 孔隙结构对声波吸收的影响孔隙结构对声波的吸收起着至关重要的作用。
孔隙的尺寸和形状会影响声波在材料内部的共振频率，从而影响吸声效果。
此外，孔隙的分布也会影响声波的吸收均匀性，进而影响材料的整体吸声性能。
孔隙结构对建筑材料防火性能的影响分析
孔隙结构对建筑材料防火性能的影响分析一、孔隙结构概述孔隙结构是建筑材料中的一个重要概念，它指的是材料内部的微小空间和通道的分布和排列方式。
这些孔隙可以是连续的，也可以是分散的，它们的存在对材料的物理、化学和热性能有着显著的影响。
在建筑材料中，孔隙结构对于防火性能尤为重要，因为它们可以影响材料在火灾情况下的热传导、热辐射和烟气扩散等。
1.1 孔隙结构的分类孔隙结构可以根据其大小、形状和连通性进行分类。
常见的分类包括宏观孔隙、中观孔隙和微观孔隙。
宏观孔隙通常是指肉眼可见的孔洞，中观孔隙则是指在显微镜下可见的孔洞，而微观孔隙则需要通过更高级的检测设备才能观察到。
1.2 孔隙结构对建筑材料性能的影响孔隙结构对建筑材料的多种性能都有影响。
例如，孔隙的分布可以影响材料的强度和耐久性，孔隙的大小和形状可以影响材料的隔热和隔音效果。
在防火性能方面，孔隙结构可以影响材料的热传导速率、热容和热膨胀系数，从而影响材料在火灾中的耐火性能。
二、孔隙结构对建筑材料防火性能的影响分析2.1 孔隙结构对热传导的影响热传导是火灾中热量传递的主要方式之一。
孔隙结构可以显著影响材料的热传导性能。
一般来说，孔隙越多，材料的热传导系数越低，因为孔隙可以阻碍热量的传递。
然而，孔隙的大小和形状也会影响热传导效果。
例如，较大的孔隙可能会增加热传导的路径，从而降低材料的隔热性能。
2.2 孔隙结构对热辐射的影响热辐射是火灾中另一种重要的热量传递方式。
孔隙结构可以影响材料表面的热辐射能力。
具有较多孔隙的材料表面通常具有较低的热辐射系数，因为孔隙可以吸收和散射辐射热。
此外，孔隙的分布和形状也会影响材料表面的热辐射特性。
2.3 孔隙结构对烟气扩散的影响在火灾中，烟气的扩散对人员的安全疏散和火灾的控制至关重要。
孔隙结构可以影响烟气的扩散速度和方向。
具有较多孔隙的材料可能会提供更多的烟气扩散通道，从而加速烟气的扩散。
然而，孔隙的大小和连通性也会影响烟气的扩散效果。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中， １ ５ 。 ２ 经 １ ０Ｃ／ ｈ真 空烧 结 和 后 续 加 工 制 备 了具 有 孔
隙度 范 围 在 ７ ～ ９ 之 间 的 金 属 纤 维 多 孔 板 材 。 Ｏ ５ 在 ＭＴＳ ５ ８ ８材 料 试 验 机 上 检 测 了 多 孔 板 材 的 准 静 态 剪 切 性 能 ， 点 研 究 了孔 隙 度 对 剪 切 性 能 的 影 响 。 结 重 果表 明 ， 内 剪 切 应 力一 变 曲 线 大 致 分 为 ３个 阶 段 ： 面 应
应力 值来 计算 ， 值 采 用 。来 表 示 。在 图 ２中 表示 该
出了计算 剪切 屈 服 强 度 的方 法 。在 应 变 为 ０ ０ ． ２时作
平行 于卸 载 曲线 的直线 ， 直线 与 应力 一 该 应变 曲线 的交 点 处 的应 力值 即是 金属 纤维 多孔材 料 的剪 切屈 服 强度
采用 南 阳军龙 公 司 提 供 的切 削纤 维 为原 料 ， 径 丝
为 １ ０ ｍ ， 质 为 ４ ０不 锈 钢 。 将 切 削 纤 维 剪 切 成 ０／ 材 ￣ １
６ ｒｍ 长 ， ０ ａ 采用 手工 开松 纤维 束 成 杂乱 无 章 状 态 ， 随后
将金 属纤 维装 入 烧 舟进行 松 装烧 结 ， 结 工艺 为 ： 烧 １ ５ ℃／ ｈ １ ０ ２ 。烧舟 为盒 子 状 ， 部 尺 寸 规 格 为 １ ０ 底 ５ ｍｍ
ｒａ ｉｈ ｄ ｆｅ ｅ ｏｒ ｓｔ ｉ ｌｗ ｔ ｉｆ ｒ ｎｔｐ ｏ ｉｙ
孔 隙 度
Ｐ（ ）
７ ５ ３．
７ ５ ６．
屈 服 强 度
Ｏ ２ Ｍ Ｐ ） ＂０ （ ０ ａ
２ ０ ．１
０．６ ３
破 坏 强 度
（ Ｐ ） Ｍ ａ
２ ５ ．１
１ ６ ．１
件 的剪切 变形情 况 。在 检测试 样 的过程 中采用 压 缩剪 切 实验 。检 测夹 具 是 特 殊 设计 的 ， 证 纤 维 多孔 材 料 保 受 到真 实 的剪切 力 的作用 。采用 ＭＴ ８ ８２ ＫＮ拉 扭 Ｓ ５ ５ 试 验机 测试 静态 室温 压缩 性能 ， 载速率 为０ ０ ３ ｍ／ 加 ．０ｒ ａ ｓ 剪切 试 件 加 载 方 向多 孔 板 材 的 面 内 方 向 （ ｙ面 ） ， ｘ 。 在应 变值 较 小 的弹性 变形 阶段通 过 卸载 的方 法 检测 弹 性模 量 。
金属纤 维断 裂 或者 金 属 纤 维 被拉 出 ， 映在 表 面 上 即 反
时 ， 结结 点含 量少 、 烧 孔径 大 的多孔 体很 容 易受 力变 形 而破坏 。特别是 孔 隙 度 ＞ ８ 的烧 结 纤 维 多 孔 材料 ， ５ 应 力值 均ｄ Ｏ ５ ａ 而且卸 载模 量ｄ Ｏ ０ Ｇ ａ 如 表 １ ． ＭＰ ， ．５ Ｐ （ 所示） 。图 ４是 ｌ Ｏｘ 粗 纤 维多 孔 材料 剪 切 断 １ 宏 观 Ｏｔ ｍ ： ３
强度 ； 超轻 多孔 金属
中 图分 类 号 ： ＴＢ ８ ： １ ５ ３ ３ ＴＦ ２ 文 献标识 码 ： Ａ
标注 了板 材 的面 内方 向和厚 度方 向 。由于对 于烧 结 金
属纤 维 多孔材 料 （ 乃至整 个 多孔金 属材 料 ） 切性 能 的 剪 研究 刚 刚开展 ， 目前 还 没 有 统 一 的检 测 标 准 。本 文 借 鉴致 密材 料 的剪 切 方法 ， 用 线切 割 机 在 板 材 上 取 尺 采 寸为 １ ０ ｍ×２ ｍｍ×１ ｍｒ（ 内 长 ｚ×面 内 宽 Ｙ× ２ｒ ａ ０ ０ ｎ面 厚 度 ｚ 的长 条 状 剪 切 性 能 测试 试 件 。在 上 、 面 （ ｙ ） 下 ｘ
成熟 。然 而 ， 属 多孔 材 料 在 很 多 应 用 的 场 合 下受 到 金
剪切 外力 的作 用 ， 如 ， 例 滑雪板 起 到缓 冲作 用 的金 属 多 孔材 料等 ， 金属 多 孔材 料 剪 切 性 能 是 其 力 学性 能一 个
非常 重要 的组 成 部 分 。 目前 ， 究 多孔 金 属 材 料 剪 切 研 性能 的文献 较 少 ， 于烧 结 金 属 纤 维 多孔 材 料 剪 切 性 对 的研究 还没 有看 到相关 的报道 。本 文就孔 隙度 对烧 结
文章编 号 ：０ １９ ３ ｆ０ ０ 增 刊 ３０ ６ —３ １ ０ —７ １ ２ １ ） －５ ５０
１ 引 言
金 属多孔 材料 由于其 独特 的性 能 ， 如 质量 轻 、 诸 比 强 度高 、 比表 面积 大 、 过性 能好 、 透 孔径 可 控 ， 广泛 用 于
面） 用金 属粘 接剂 粘接 到剪 切夹 具上 ， 侧 面观 察试 采 在
王建 永 等 ： 隙 度 对 烧 结 不 锈 钢 纤 维 多 孔 材 料 剪 切 性 能 的影 响 孔
孑 隙度 对 烧 结不 锈 钢 纤 维 多子 材 料 剪 切 性 能 的 影 响 Ｌ Ｌ
王 建 永 ， 慧 萍 ， 纪 磊 ， 吉超 ， 正 平 ， 纯 勇 ， 庆 波 ， 汤 朱 乔 奚 臧 敖 李 程
Ｆｉ ｅ ｒ ｓ ｒ ｉ — ｔ ｅ ｓ ｕｒ ｅ ｏ ｔ ｌｐ ｏ ｉ ｅ ｇ ２ Ｓｈ ａ ｔ ａｎ ｓ ｒ ｓ ｃ ｖ ｆ ｍｅ ａ ｏｒ ｕｓ ｆｂ ｒ
卸 载 模 量
（ ａ ＧＰ ）
Ｏ．１ ７ ８
Ｏ． ６ ０９
８ ５ ６．
９ ２ ０．
Ｏ． ４８
０． ２２
０．５ １
０． ２１
０． ２ ０４
Ｏ． ７ Ｏ１
Ｓｈｅ ｔａｉ ／ ａｒｓ ｒ ｎ ％
图 ２ 烧 结金属 纤 维 多孔 板 剪切应 力一 变 曲线 应
应 变很 低 情 况 下 的 线 性 弹 性 阶 段 、 性 变 形 区 和 应 力 塑
算孔 隙度 ， 计算公 式 如下 ：
Ｐ ＝ １＿ 一 （） １
式 中 ， 为 多 孔 材 料 的 孔 隙 度 ，＂ 试 样 质 量 ； Ｐ ／为 ９ ／ Ｖ
为试 样 体积 为多孔 体 对应致 密 固体材 料 的密度 。
会 出现 裂纹 ， 由于裂纹 的 出现 ， 得材 料 的破 坏程 度 进 使
一
步加 剧 ， 外加 载荷 的作 用 ， 得金 属 多孔 材料 迅 速 在 使
断 裂 。 由于 没有 明显 的屈 服 平 台 ， 了 比较 不 同 条 件 为
下 多 孑 纤 维 材 料 剪 切 屈 服 强 度 ， 文 取 应 变 在 ２ 的 Ｌ 本
过滤与分离、 质传热 、 声消音、 尼抗震 、 传 吸 阻 防撞 吸 能、 超轻 结构 件 等口 ， 。 目前 ， 属 多 孔 材 料 正 在 向 着 金 多 功能化 、 结构 功 能 一体 化 的方 向发 展 口３， 力 学 性 ＿ 其 ｌ 能成 为 当今材 料 的研 究 热点 之一 ＿ 。金 属 多孔 材 料 １ 。 的压 缩性 能口 ］拉 伸性 能［ 研 究 相对较 多 ， ， ２ 也较 为
项 目（ ０ ９ ２ ０ ＡＡ０ ２ ０ ） ３ ６ １
收 到初 稿 日期 ：０ ００—７ ２ １—９０ 收 到 修 改 稿 日期 ：０ ０１—５ ２ １—０２ 通讯作者 ： 汤慧 萍 作 者 简 介 ： 建 永 （ ９ ３ ） 男 ， 西 韩 城 人 ， 级 工 程 师 ， 士 ， 事金 属 多 孑 材 料 的 制 备 及 性 能 研 究 。 王 １７ ， 陕 高 硕 从 Ｌ
２ 实 验 方 法
２ １ 金 属 纤 维 多 孔 材 料 的 制 备 ．
３ 烧 结 纤 维 多 孔 材 料 剪 切 行 为 分 析
图 ２是 典 型 的烧 结 金 属 纤 维 多孔 板 剪 切 应 力一 应 变 曲线 。整个 曲线 可 以分 成 ３个 部 分 ： １ 弹性 阶段 。 （）
＊
在应 力较 小 的情况 下 ， 结纤 维 多孔体 呈 现整 体 刚性 ， 烧
纤维 组成 的 空间孔 结构 骨架 发生微 细 变形 。若 去 除外 力 ， 属多 孔 材 料将 回复 到其 原 始 的 状态 ； ２ 塑 性变 金 （）
基 金项 目： 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 （ ７ 国 ９３计 划 ） 助 项 目（ Ｏ ６ Ｂ Ｏ ２ １ ） 国 家 高技 术研 究 发 展 计 划 （ ６ 资 ２ Ｏ ｃ ６ １ｏ Ｂ ； ８ ３计 划 ） 点 资 助 重
／
．
性能 的影 响 进行 研 究 。利
用 扫 描 电子 显微镜 （ Ｅ 对金 属纤 维多 孔材 料 的孔结 Ｓ Ｍ） 构 和剪 切断 口形貌 进行 了表 征 。 图 １ 烧 结金属 纤 维 多孔 板试 件取 样方 向
Ｆｉ １ ｇ Ｓｃ ｍ ａ ｉ ｏ ｓ ｍｐｌｎ ｄ ｒ ｃ ｉ ｎ ｎ ｓ ｎ ｅ ｉ ｇ ｈｅ ｔｃ ｆ ａ ｉ ｇ ｉｅ ｔｏ ｉ ｉ ｔ ｒｎ ｍｅ ａ ｉ ｒｐｏ ｏｕ ａｔ ｔ ｌｆｂｅ ｒ ｓ ｐｌ ｅ
２ ２ 多 孔 材 料 的 剪 切 试 样 ．
破坏 阶段 ； 着孔 隙度 的增加 ， 随 不锈 钢 纤维 多孔材 料 的
剪切模 量 、 服 强度 减 小。 屈 关 键 词 ： 金 属 纤 维 多 孔 材 料 ； 切 性 能 ； 隙 度 ； 服 剪 孔 屈
所 制备 的 烧 结 金 属 纤 维 的多 孔 板 材 样 品 尺 寸 为 １０ ５ ｍｍｘ １ ０ ５ ｍｍ×１ ｒｍ（ ｚｘ宽 Ｙ ０ ａ 长 ×厚 度 ） 图 １ ，
照 片 。图 ４ ａ 是 在 测试 过 程 中 出现 的裂 纹 ， （） 裂纹 方 向 与 受力方 向平 行并 呈现 直线 ； 图 ４ ｂ 可 以发 现 断 口 从 （）
平 齐 ， 属 纤 维 松 散 并 有 少 量 的 金 属 丝 拔 出 。 由 于 烧 金 结 金 属 纤 维 多 孑 板 是 采 用 叠 层 铺 制 ， 断 口 的 形 态 上 Ｌ 从 可 以 推 断 出 ， 纹 出 现 的 部 位 是 在 层 和 层 间 ， 处 为 最 裂 该