连续激光的SPSESI法对铝泡沫板瞬态变形的测量

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我国泡沫铝材料关键技术进展与展望

㊀第41卷㊀第7期2022年7月中国材料进展MATERIALS CHINAVol.41㊀No.7Jul.2022收稿日期:2020-11-04㊀㊀修回日期:2020-12-31第一作者:张㊀乐,男,1991年生,助理工程师,Email:zhangyue_08@DOI :10.7502/j.issn.1674-3962.202011007我国泡沫铝材料关键技术进展与展望张㊀乐1,2,郑顺奇1,2,郑阳升1,2,史秀梅1,2,程英晔1,2(1.中国兵器科学研究院宁波分院,浙江宁波315100)(2.宁波市金属材料精密塑性成形重点实验室,浙江宁波315100)摘㊀要:泡沫铝作为重要的轻质多功能材料,因其高比强度㊁吸能减振㊁电磁屏蔽等优点已在各大工业领域得到了重要应用㊂国外对泡沫铝的工业化应用已经较为成熟,而我国泡沫铝的研究则起步相对较晚,与国外先进技术相比尚存在一定差距㊂概述了泡沫铝材料的综合特性和主要制备技术,以及我国在高品质泡沫铝材料成分设计与优化㊁发泡预制体制备工艺㊁发泡稳定性机理等关键技术方面的研究进展,得出了改善发泡效果与提升泡沫铝产品质量的有效措施;并对泡沫铝材料在兵器装备和航空航天领域的应用做了简要分析,最后给出了我国泡沫铝材料的发展思路,可为我国高品质泡沫铝材料技术的快速发展提供重要参考㊂关键词:泡沫铝;关键技术;稳定机理;应用;展望中图分类号:TG146.21㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1674-3962(2022)07-0547-07引用格式:张乐,郑顺奇,郑阳升,等.我国泡沫铝材料关键技术进展与展望[J].中国材料进展,2022,41(7):547-553.ZHANG Y,ZHENG S Q,ZHENG Y S,et al .Progress and Prospect of Key Technologies for Aluminum Foam Materials in China[J].Ma-terials China,2022,41(7):547-553.Progress and Prospect of Key Technologies forAluminum Foam Materials in ChinaZHANG Yue 1,2,ZHENG Shunqi 1,2,ZHENG Yangsheng 1,2,SHI Xiumei 1,2,CHENG Yingye 1,2(1.Ningbo Branch of Ordance Science Institute of China,Ningbo 315100,China)(2.Ningbo Key Laboratory of Metal Precision Plastic Forming,Ningbo 315100,China)Abstract :As an important lightweight multifunctional material,aluminum foam has been applied in various industrialfields because of its high specific strength,energy absorption,vibration reduction and electromagnetic shielding.The indus-trial application of aluminum foam in foreign countries has been relatively mature,while the research on aluminum foam in China started relatively late,and there is still a certain gap compared with foreign advanced technologies.This paper summa-rizes the comprehensive characteristics and main preparation technologies of aluminum foam materials,as well as the re-search progress in key technologies such as the composition design and optimization,the preparation technology of foam pre-fabrication,the mechanism of foaming stability and so on.Then,the effective measures to improve foaming effect and the quality of products are obtained.Furthermore,the application of aluminum foam materials in ordnance equipment and aero-space is briefly analyzed.Finally,the development trends of foam aluminum material in China are put forward,which can provide an important reference for the rapid development of high quality aluminum foam materials in China.Key words :aluminum foam;key technology;stabilization mechanism;application;prospect1㊀前㊀言泡沫铝材料的概念最早由美国学者Sosnick 于1948年提出,美国Borkstern 公司Elliott 等于1956年通过熔体直接发泡实现了泡沫铝的成功制备,而我国对泡沫铝材料的相关研究始于20世纪末,起步相对较晚[1-3]㊂泡沫铝材料是由泡孔和铝金属骨架隔膜组成的集合性金属材中国材料进展第41卷料,泡孔的不规则性及铝金属骨架的立体性叠加使其既继承了连续金属相的性能特点,又兼具了分散空气相的功能特性,因此综合表现出轻质㊁高比强度㊁低导热率㊁吸声隔音㊁优良的电磁屏蔽性和耐火性以及强阻尼减振等优点㊂同时,随着工业科技的日新月异及各大领域对轻质多功能材料需求的不断增长,泡沫铝材料在汽车制造与交通运输㊁建筑与结构装饰㊁环境噪声治理㊁电子通讯㊁化学工业乃至兵器装备㊁航空航天等重大领域的应用越来越为广泛[4-6]㊂2㊀泡沫铝材料主要制备技术发展通过学习和借鉴国外泡沫铝材料技术研究成果,并不断自主研发与创新,经过20多年的发展,我国在泡沫铝材料的理论研究及制备工艺等方面均取得了巨大进展,目前已发展出多种制备工艺,总体上可分为固态金属烧结法㊁液态金属凝固法㊁金属沉积法和其他4类,如表1所示[7-9]㊂通过比较各工艺方法的优缺点及经由生产实践不断筛选,目前比较成熟的泡沫铝材料制备方法主要有熔体吹气发泡法㊁熔体添加剂发泡法和粉末冶金发泡法3种㊂表1㊀泡沫铝材料主要制备方法[7-9]Table1㊀Main fabrication technologies of aluminum foammaterial[7-9]Solid metal sinteringPowder slurry forming,sintering dissolution, fiber sintering process,loose powder sintering,impregnated sponge sintering, electroplating in molten salt powder metallurgy foamingSolidification of liquid metalInfiltration casting,solution casting, adding pellet method,solid-gas eutectic solidification,hollow3D skeleton method, ALPORAS foaming with agentsMetal deposition Electrodeposition,sputter deposition,vapor depositionOthers Secondary foaming,metal hollow sphere,gravity free mixing熔体吹气发泡法是指向铝熔体中加入适量SiC㊁Ca 或Al2O3等增粘剂并通过机械搅拌的方法使其均匀分散,然后从熔体底部吹入气体(如氮气㊁惰性气体等),在铝熔体中形成大量气孔后冷却凝固制得泡沫铝的方法㊂该方法的优点是对设备要求简单㊁成本低㊁可连续生产;缺点是气泡的孔径大小和分布控制难度大,尤其是在重力方向上存在明显的密度梯度,且其能耗和污染较大[10,11]㊂熔体添加剂发泡法是在铝熔体中加入发泡剂并搅拌均匀,然后通过加热使发泡剂分解释氢而膨胀发泡,冷凝后制得泡沫铝的方法㊂该方法适用于产品连续性制备和工业化批量生产,但发泡剂的分散均匀性㊁发泡时间及温度等不易控制,因此产品孔径均匀性及重现性相对较差[12,13]㊂粉末冶金发泡法是将混合铝粉与发泡剂粉末经过压缩得到具有气密结构的发泡预制体,然后加热使发泡剂分解释氢,使得发泡预制体膨胀得到泡沫铝㊂该方法能够较好地控制气泡的大小和分布,且与其他方法相比,可用的合金成分更为广泛,有利于改善泡沫铝材料的整体性能,同时在制备近终成型泡沫铝材料异型件方面优势突出;缺点是该方法的工艺参数区间较窄,成本较高,且技术尚不成熟,无法满足大尺寸规格泡沫铝材料的制备需求[14-16]㊂因此,基于泡沫铝材料的综合性能优势,以及交通㊁建筑㊁环境㊁兵器和航天等重要领域的广泛应用背景需求,发展高品质泡沫铝材料对促进金属材料学科技术进步㊁增加社会经济效益意义重大㊂3㊀高品质泡沫铝材料关键技术研究进展泡沫铝材料性能的优劣主要取决于其孔隙率㊁孔径㊁孔类型㊁比表面积等孔结构参数,而成分设计和制备工艺则是影响孔结构参数和产品最终性能的主要因素㊂因此,高品质泡沫铝材料关键制备技术已成为新材料技术领域的重点研究方向㊂3.1㊀材料成分设计与优化泡沫铝芯材成分一般选用纯Al或Al-Si合金(Si质量分数为5%~12%)作为主要原料,其中Al-Si合金体系由于具有更为理想的熔体性质(熔点㊁粘度㊁表面张力等)而研究最为广泛,为了调控熔体性质进而改善泡孔结构参数和泡沫铝的整体性能,通常在Al-Si合金中添加Cu,Mg,Zn等合金化元素[17,18]㊂在航空航天和汽车工业中,铝熔体良好的流动性是获得更轻更薄铝合金铸件的关键因素,但在发泡制备泡沫铝的过程中,则需要保持相对较低的铝熔体流动性(可用粘度值来表征)来实现更好的发泡效果和产品性能㊂研究表明,在Al-Mg-Si复合体系中添加3%(质量分数,下同)左右的Cu粉即可将Mg2Si颗粒的尺寸从30减小到10μm,使颗粒的总表面积增大,增加了熔体粘度,进而改变凝固区间和凝固模式;如加入5%的Cu时,可由逐层凝固变为同时凝固,最终改变组织结构和性能特征㊂因此,在Al-Si合金发泡体系中添加适量Cu粉可有效延长发泡过程中的泡孔稳定时间,减少孔壁缺陷和裂纹发生,且可提高材料的硬度和耐蚀性能[19-21]㊂845㊀第7期张㊀乐等:我国泡沫铝材料关键技术进展与展望而添加适量Mg 粉(约为2%),可有效改善泡孔结构,增加发泡过程稳定性㊂如图1中光学显微镜下的观测对比显示,单纯的氧化物颗粒对膨胀发泡并无明显的改善作用,反而是其中普遍存在的高度缠结氧化物颗粒团簇结构不利于均匀发泡,使得形成的泡孔结构不规则且极易塌陷;但随着适量Mg 粉的加入,泡孔结构和稳定性均得到明显改善[13,22,23]㊂张敏等借助SEM 等针对Mg,Si 元素的添加对发泡过程中孔壁结构㊁泡孔大小以及分布均匀性影响规律的进一步研究表明,纯Al 粉中加入单一相的Si 或Mg 作用不突出,而在共晶成分的Al-Si 合金体系中添加约1%的Mg 就可使泡孔大小更均匀㊁孔壁更光滑㊁且发泡过程更为稳定,即具有共晶成分的Al-Si 合金粉末体系更适合稳定发泡㊂同时,有效减小Si 的颗粒粒度亦对改善泡孔结构有益[24-26]㊂图1㊀Mg 元素添加对泡孔微观结构的影响[23]Fig.1㊀Effect of Mg addition on cell micro-structure [23]3.2㊀发泡预制体制备工艺祖国胤等采用粉末冶金法制备泡沫铝复合材料的相关研究表明,发泡预制体的品质直接决定着最终产品的综合性能,而发泡预制体芯层粉末的致密度及均匀性则是关键影响因素㊂采用常规热压方式制得的发泡预制体存在着致密度极限值(约为95%),并且受压模内壁摩擦力作用影响,在横向截面上存在着密度梯度,导致发泡时预制体内会发生内应力聚集,进而易形成裂纹或空腔等发泡缺陷,因此发展了发泡预制体复合轧制工艺技术,实验结果显示轧制压下率为65%时(压下速度为0.1m /s)粉末致密度可达98%以上,且发泡后可获得明显优于热压方式的芯层泡沫结构[27,28]㊂李响关于粉末挤压法制备泡沫铝的研究进一步表明,采用先预压密实㊁再加热挤压的预制体制备方式,可获得密度接近于100%的发泡预制体,且制得的泡沫铝孔隙率更大,泡孔形态多为发育完全的多边形孔结构[29]㊂图2给出了目前国内外采用粉末冶金法制备高品质泡沫铝材料的主要工艺流程[30,31]㊂刘佳等的研究则指出,球料比㊁混料时间及混料方式等关键技术对复合轧制过程中的粉末混合效果影响较大,较为合适的球料比为2.6ʒ1㊁混料时间为2h,进而在轧制压下率为60%~80%㊁压下速率为0.1m /s 的工艺条件下可获得性能良好的发泡预制体结构[32]㊂马俊杰等采用数码相机和扫描电镜等系统研究了混合粉末初始密度和轧制压下率对制备可发泡预制体性能和泡沫铝复合材料泡孔结构的影响,结果显示当粉末初始密度大于2.40g /cm 3㊁轧制压下率为65%~75%㊁压下速率为0.1m /s 时,可制得表面平整且芯层均匀致密的发泡预制体,并且实现了面板与芯层的有效结合,在适宜的发泡工艺参数条件下,最终可获得泡孔结构完整且均匀的泡沫铝复合材料[33]㊂图2㊀采用粉末冶金法制备高品质泡沫铝材料的工艺流程[30,31]Fig.2㊀Manufacturing process of high quality aluminum foam material by powder metallurgy method [30,31]3.3㊀发泡稳定性机理研究在泡沫铝材料的制备过程中,TiH 2㊁ZrH 2㊁CaH 2㊁CaCO 3等粉末添加的主要作用是在铝熔体中通过加热分解产生稳定㊁适量的气体,而发泡剂是否进行预处理对发泡效果影响明显,主要采取的方法及机理是,预氧化或表面包覆以提高发泡过程中的分解释氢温度㊁延缓释氢速率,或在适宜的温度条件下保温热处理一定时间(如200ħ下保温2h),以去除发泡剂粉末表面的湿气和吸附气体,进而改善发泡剂粉末在铝熔体中的润湿性和分散性[34,35]㊂目前所用发泡剂主要为TiH 2粉末,但其存在诸945中国材料进展第41卷多缺点,虽然已发展的发泡剂缓释技术(如表面预氧化㊁溶胶表面包覆㊁镍电镀㊁热处理等)可以明显提升发泡过程的稳定性,改善发泡效果,但发展性能更加优良且低成本的发泡剂材料仍是目前乃至未来重要的研究方向㊂新型发泡剂的开发及试验方面,国内鲜有报道,国外已开展了一定程度的研究工作,相关研究指出,用CaCO3粉末作为发泡剂实验效果良好,不仅可以降低工艺成本,还可以减少有害气体产生,且制备的泡沫铝材料孔隙率更高㊁孔径尺寸更小;CaCO3的密度(2.71~2.83g/cm3)低于TiH2(3.9g/cm3),且几乎与熔融铝相当,因此其在铝熔体中的分散均匀性相对更好,且其受热分解温度(660~930ħ)显著高于铝的熔点,可避免在发泡过程中过早分解释放气体而影响发泡效果[36,37]㊂国内相关研究文献报道的发泡剂主要为TiH2粉末,祖国胤㊁刘佳等对含有质量分数为1%TiH2粉末的Al-Si 合金发泡效果的研究表明,最佳的发泡时间应为在该条件下,TiH2既具有较好的分解速度和释氢量,同时,可使熔体保持一定的粘度;在发泡时间从10s㊁到20s㊁最后到60s的过程中,发泡芯层结构经历了气泡的形核㊁产生㊁长大㊁合并到稳定等演变阶段,该研究条件下得出的适宜发泡温度为700ħ㊁发泡时间为40~60s,同时也指出气泡的表面张力和熔体粘度是影响发泡稳定性的重要因素;他们还进一步利用具有微米级空间分辨率的同步辐射装置SR-CT,通过图像的断层扫描与三维重建对发泡过程中泡孔结构演化规律进行了深入研究,分析了发泡过程中孔隙率的变化过程及大尺寸连通孔的形成原因,指出减少混料时发泡剂粉末的团聚现象㊁提高芯层粉末的致密度是获得良好泡孔结构的有效途径[32,38]㊂而在关于发泡工艺参数对发泡稳定性的影响方面,李响采用粉末挤压法,以纯Al粉为基体材料㊁TiH2粉为发泡剂,并添加1%纯Mg粉末,利用混料机混合-挤压机挤压成形-发泡炉发泡制备泡沫铝材料的工艺流程,系统研究了发泡温度㊁发泡剂添加量及其颗粒尺寸㊁发泡时间等主要工艺参数对泡沫铝发泡行为的影响规律,如表2所示㊂研究表明,对TiH2粉末进行加热预处理可以有效延迟其分解释氢时间,延缓释氢速率,该研究得出的最佳热处理温度为480ħ㊁热处理时间为0.5h[29]㊂王军德等在TiH2质量分数为1.5%~2.5%的条件下,使用控制变量法开展了发泡剂含量㊁发泡温度㊁发泡时间等工艺参数对粉末冶金法制备小孔径泡沫铝泡孔质量的影响规律研究,结果显示,在发泡温度为700ħ的条件下制得的泡沫铝的孔隙率虽可达70%以上,但其泡孔尺寸大㊁结构均匀性较差;而通过进一步控制发泡剂含量,在发泡温度为680ħ㊁发泡时间为180~360s的条件下,可制得孔隙率为50%~70%㊁孔径均匀且孔形态良好的泡沫铝材料[39]㊂表2㊀发泡工艺参数对泡沫铝发泡效果的影响[29]Table2㊀The effect of process parameters on foaming effect of aluminum foam[29]Mass fraction of TiH2/%Foaming temperature/ħFoaming time/s Expansion rate/%Cell structure and morphology0.2820100300Not fully developed&quasi circular hole0.4750210400Fully developed&polygonal hole structure0.6680260420Largest expansion&uneven cell and obvious rupture㊀㊀胡古月采用熔体发泡法研究了Zn,Mg,Cu等主要合金化元素对泡孔稳定性的影响机制,对二元泡沫Al-x(Zn,Mg,Cu)合金的研究结果表明,不同合金元素在合金化过程中会形成多种中间氧化物,并大量弥散分布于铝熔体中,进而在熔体中形成第二相颗粒空间网格,起到了稳定泡孔的作用[40]㊂马冬辉等采用粉末冶金法研究了高添加量Mg元素对泡沫铝发泡行为的影响,实验结果表明,高含量Mg元素可以改变发泡早期泡体的形成方式及泡沫铝基体内部氧化物相的组成,即Mg元素可以与Al粉表层氧化物及基体中的Si元素反应生成与铝熔体具有良好润湿性㊁均匀分散在孔壁中的MgAl2O4相和Mg2Si相微小颗粒,进而提高发泡过程中气液相界面的表观粘度,使得泡体在液态熔池中以圆形孔的方式稳定地形核和长大,最终的泡孔结构更加稳定,这与胡古月的研究结果一致;然而过高的Mg元素含量反而会使泡体的最大膨胀体积降低㊁孔结构恶化,该研究得出, AlMg4Si7成分的泡沫铝发泡效果最佳,且当Mg含量达到4%时,泡沫铝基本能达到完全的冶金结合[41,42]㊂综上分析可得:①对发泡剂进行预处理并选用适宜的发泡工艺参数,可有效控制发泡剂的释氢速率和释氢量,有利于获得良好的发泡效果;②在共晶成分的Al-Si 合金体系中加入Mg,Cu元素,同时减小Si的颗粒粒度,可在合金化过程中形成多种中间微小氧化物,并在熔体中形成第二相颗粒空间网格,能够稳定发泡过程,并有效改善泡孔结构参数;③Mg元素的添加改变了泡体的早期形核和长大方式,有效减小了中间氧化物相微小颗055㊀第7期张㊀乐等:我国泡沫铝材料关键技术进展与展望粒在铝熔体上的润湿角,使氧化物颗粒更易嵌入到泡孔壁中,减缓了重力和毛细排液现象,使泡体气泡壁平整且变薄,提升了气泡壁的稳定性,泡孔结构亦更加稳定均匀㊂4㊀高品质泡沫铝材料在兵器装备和航空航天领域的应用㊀㊀泡沫铝材料具有良好的力学性能和优异的功能特性,可广泛应用于兵器装备研发和航空航天部件制造等重大领域,进而使兵器装备和航空航天部件在满足力学性能要求的同时兼具优异的功能特性,并实现轻量化设计目标㊂在兵器装备制造领域,利用泡沫铝材料轻质高强㊁吸能减振和耐火性等优点,可将其用于制作军事补给用空投集装箱,生产高机动性的轻型㊁减振㊁防爆复合装甲系统,如海陆两栖轻型坦克的防护装甲结构;利用泡沫铝材料强阻尼特性和吸声降噪的优点,可将其用于制造军用静音潜艇动力舱室隔板和甲板㊁以及导弹驱逐舰的消音瓦;而凭借泡沫铝材料优良的电磁屏蔽性,可将其用于制作军事指挥部㊁指挥车㊁战地营房及军事装备储库的内衬壁,进行军事信息有效保护[43-45]㊂在航空航天工业领域,运载火箭㊁载人飞船㊁卫星探测器及空间站等一系列航天器,均要求轻质㊁功能稳定性及长寿命服役特性㊂因此,高性能轻质多功能材料研发早已成为国内外各航天工业大国的聚焦方向㊂泡沫铝材料也因其优异的综合性能在卫星的承载结构及空间探测器的着陆系统中得到了一定程度的应用,如我国的探月工程航天器返回舱底座结构与玉兔号月球车起落架系统,在设计过程中均采用了泡沫铝材料,充分利用了高品质泡沫铝材料质轻㊁高比强度及吸能减振的缓冲防护特性;同时,为了有效减轻发射质量,进而达到节能减耗的目的,在运载火箭的零部件中亦适当使用了泡沫铝材料;此外,泡沫铝材料也常被用作航天器空间防护结构㊁航天飞机金属外壳支撑体㊁宇航员空间行走保暖装置㊁空间热交换器㊁空间激光通信系统台架㊁空间站环境控制系统装置等结构和器件[9,46,47]㊂5㊀结㊀语截至目前,泡沫铝材料因其突出的综合性能在各大领域已经得到了不同程度的应用,但受其整体性能稳定性㊁工业化制备水平㊁产品尺寸规格等主要因素限制,我国在高品质泡沫铝材料制备技术和工业化应用推广等方面仍有很大的发展空间㊂因此,本文提出了以下发展思路:(1)在已形成的泡沫铝材料成分设计基础上,通过选择合适的增强相并进行工艺过程精细控制,发展泡沫铝基复合材料技术,以改善发泡过程稳定性,提升泡沫铝产品整体质量㊂(2)开发发泡效果更为良好的低成本发泡剂材料及技术,以促进泡沫铝材料的工业化应用进程㊂(3)发展更为先进的大规格发泡预制体包覆轧制设备和发泡模具技术,以实现大尺寸规格泡沫铝材料制备关键技术的突破㊂(4)建立泡沫铝材料研究及应用数据库,在材料成分设计优化与制备工艺参数选择过程中应用大数据和人工智能技术,以促进泡沫铝材料技术的数字化发展与应用㊂参考文献㊀References[1]㊀MA 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泡沫铝材料动态本构参数的实验确定

泡沫铝材料动态本构参数的实验确定丁圆圆;杨黎明;王礼立【摘要】基于泡沫材料的动态刚性-线性硬化塑性-刚性卸载(D-R-LHP-R)模型,结合连续性方程,动量守恒方程及刚体的运动方程,得到了激波在泡沫材料中的量纲-消失位置Xs/L0和动态屈服应力yi、激波波速cp、冲击初始应变ei之间的如下关系式:Xs/L0=exp(-ρ0cpv1/Y)=exp(1-σi/Y)=exp(-ρ0c2pεi/Y) (a)采用Taylor-Hopkinson装置进行实验,当直接测得泡沫铝试样密度ρ0、边界初始应力σi、初始打击速度vi、泡沫铝杆原长L0及激波在泡沫铝杆中消失长度Xs后,利用方程式(a)可反演求得DR-LHP-R模型下的泡沫铝动态应力应变曲线.最后通过与泡沫铝准静态实验数据对比,表明该泡沫铝是应变率敏感性材料.【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2015(035)001【总页数】8页(P1-8)【关键词】固体力学;动态力学特性;动态刚性线性硬化塑性-刚性卸载(D-R-LHP-R)模型;泡沫铝;激波【作者】丁圆圆;杨黎明;王礼立【作者单位】宁波大学力学与材料科学研究中心,浙江宁波315211;宁波大学力学与材料科学研究中心,浙江宁波315211;宁波大学力学与材料科学研究中心,浙江宁波315211【正文语种】中文【中图分类】O347泡沫铝材料作为一种泡沫金属材料的典型产品经常被用于轻质吸能材料。

近年来，泡沫铝材料的动态特性研究备受科研工作者的青睐。

V.S.Deshpande等[1]、K.A.Dannemann等[2]、T.Mukai等[3]通过SHPB技术对泡沫铝材料的应变率效应进行了研究。

R.Montanini[4]运用bi-pendulum装置对3类泡沫铝(M-PORE、CYMAT、SCHUNK)进行动态实验，发现拥有开孔结构的M-PORE泡沫材料对应变率不敏感，而拥有闭孔结构的CYMAT和SCHUNK泡沫材料对应变率敏感。

EPS、XPS、硬质聚氨酯泡沫塑料压缩强度检测内容及方法

EPS、XPS＞硬质聚氨酯泡沫塑料压缩强度检测内容及方法本方法适用于可发性聚苯乙烯经加热预发泡后，在模具中加热成型而制得的具有闭孔结构的使用温度不越过75C的聚苯乙烯泡沫塑料板材的，也适用于大块板材切割而成的材料以及硬质泡沫塑料的压缩强度及相对形变，或相对形变为10%的压缩应力。

检测依据：《硬质泡沫塑料压缩试验方法》GB/T8813-1998《绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）》GB/T10801.1-2002《绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）》GB/T10801.2-2002检测程序：1、试验仪器：压缩试验机，精度（示值的相对误差）力值小于±1%,位移值小于±5%。

备有两块表面抛光且不会变形的方形或圆形的平行板，板的边长或直径至少为10cm,其中一块是固定的，而另一块可按规定的条件以恒定的速率移动。

' 2、试样：1）试样尺寸100nInIX10OnlnIX50mπι,至少要取5个试样2）试样的制备制取试样应不改变泡沫材料的原始结构。

制取试样应使其基准面与制品使用时要承受压力的方向垂直。

如需要了解各向异性材料完整的特性，或不知道非均质材料的主要方面时，应制备两组试样。

各向异性体的特性用一个平面及它的正交面来表示。

试样不允许由几片薄片叠成。

3）试样的状态调节和试验的标准环境按照GB2918中规定的温度23±2o C ＞相对湿度45%~55%进行。

3、试验步骤：按照GB6342所规定的方法测量试样的尺寸，然后将试样置于压缩试验机两平板的中央活动板以恒定的速率压缩试样。

相对形变至少要达到10%。

4、试验结果O 压缩强度及其相对形变a 压缩强度Σ=ΔL ×IO 3 s 。

式中：Om ---- 压缩强度，kPa ；Fm ---- 最大压缩力，N ；S 0——试样横截面初始面积，mm%b 相对形变用直尺将力-形变曲线上斜率最大的直线部分延伸至力零位线，其交点为“形变零点〃，量取从“形变零点”，至试样受到最大压力时的整个位移（Xm ）。

泡沫铝合金动态力学性能实验研究

图 1 泡沫铝合金在不同应变率和不同孔径的应力2应变曲线 Fig. 1 St ress2st rain curves of aluminum alloy foams under different st rain rates and cell sizes
48
爆炸与冲击第 26 卷
3. 2 分析讨论
由现有研究报道 ,目前对泡沫铝材料的应变率敏感性产生的原因还没一致的结论 ,但大体上可归纳
为以下几个原因 : (1) 基体材料的应变率效应 ; (2) 孔内气体粘性流动 ; (3) 泡沫材料的变形机制以及制备
处理技术。
(1) 基体材料的应变率效应
L . J . Gibso n 等[1] 建立了描述开孔泡沫材料的屈服强度同相对密度的经验式
比较泡沫铝合金准静态和动态应力应变曲线可知 :该种泡沫铝合金材料屈服应力和流动应力随着
应变率的增大而增大 ,但屈服应力增大值不超过 20 % ,由于金属泡沫材料的高度异质以及内部孔穴结
构的不均匀性 ,使得其屈服强度有大约 20 %的差异[3] ,可以认为该种材料对应变率并不很敏感。
图 2 为不同应变率下不同相对密度泡沫铝合金
wit h different densities and st rain rates
的屈服强度、密度 , t 、h 分别为泡沫材料胞壁的厚度
和长度。对于两种密度相同 ,孔径比为 1 ∶2 的材料 , 即 2 h2 = h1 , 可推得 t1 = 2 t2 , 从而有σp3l 1 =σp3l 2 。但孔径不同其变形稍有不同 ,较大孔径材料在垂直于加载方向的截面上泡孔的数目少 , 进入屈服后 , 容易
σ3 pl
σys
ρ3 = 0. 3 ρs

测量聚合物泡沫体膨胀率的方法以及用于其中的仪器[发明专利]

专利名称：测量聚合物泡沫体膨胀率的方法以及用于其中的仪器
专利类型：发明专利
发明人：S.T.斯图尔德,P.R.范里南
申请号：CN201210564308.X
申请日：20121221
公开号：CN103175832A
公开日：
20130626
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：提供了测量聚合物泡沫体膨胀率的方法，包括：挤出包含一种或多种发泡剂的自由发泡的聚合物制剂；将所述挤出的制剂进料通过直角模头，从而制得在所述模头出口具有泡沫体前端的成型泡沫体；使用激光厚度测量装置在所述模头喷嘴处测量成型泡沫体的厚度，所述激光厚度测量装置包括激光器、由电机驱动器驱动的竖直定位器，其中所述激光器与所述竖直定位器连接，允许调节所述激光器的竖直位置；调节所述电机驱动器的速度，由此所述激光器移动的竖直位移速率等于离开所述模头的泡沫体前端的竖直位移速率；和记录所述泡沫体厚度，其中成型泡沫体的厚度每x秒测量一次，其中x为0.05至0.15，和作为时间的函数记录厚度。

也提供了实行本发明方法的仪器。

申请人：罗姆及哈斯公司
地址：美国宾夕法尼亚州
国籍：US
代理机构：北京市柳沈律师事务所
代理人：封新琴
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利用脉冲激光加热产生的瞬态光热信号测量半透明材料热物性参数的方法[发明专利]

专利名称：利用脉冲激光加热产生的瞬态光热信号测量半透明材料热物性参数的方法
专利类型：发明专利
发明人：齐宏,牛春洋,姚禹辰,阮立明
申请号：CN201310533554.3
申请日：20131101
公开号：CN103528978A
公开日：
20140122
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：利用脉冲激光加热产生的瞬态光热信号测量半透明材料热物性参数的方法，本发明涉及一种测量半透明材料热物性参数的方法。

其步骤为：激光照射半透明材料的一侧表面，利用热电偶测温仪测量并记录材料两表面温度随时间的变化，同步使用激光功率计分别测量试件激光入射侧的半球反射辐射信号和激光出射侧的半球透射辐射信号。

根据激光透射辐射信号、反射辐射信号以及两表面随时间变化的温度，通过逆问题求解技术获得半透明材料的吸收系数、散射系数和导热系数。

本发明通过建立测量半透明材料吸收系数、散射系数和导热系数的正、逆问题模型，能简单、快速、准确的利用逆问题求解技术同时测量半透明材料吸收系数、散射系数和导热系数。

申请人：哈尔滨工业大学
地址：150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
国籍：CN
代理机构：哈尔滨市松花江专利商标事务所
代理人：杨立超
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