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第1章 奇妙的多孔泡沫金属世界1

参考文献4

第2章 材料的定义、工艺及回收5

参考文献7

2.1铝的发泡工艺7

2.1.1气体注入法：Cymat/Alcan和Norsk Hydro工艺7

2.1.2原位气体发生法：Shinko Wire工艺和FORMGRIP工艺9

2.1.2.1 Shinko Wire工艺9

2.1.2.2 FORMGRIP工艺10

参考文献12

2.2粉末致密化发泡技术的工业化13

2.2.1发泡原理13

2.2.2泡沫生产的实际过程15

2.2.2.1粉末的选择15

2.2.2.2混粉15

2.2.2.3致密化16

2.2.2.4发泡先驱体的进一步处理16

2.2.2.5发泡过程16

2.2.3工业化状况17

2.3.1锌18

参考文献18

2.3非铝多孔泡沫金属的制备18

2.3.2铅19

2.3.3钛19

2.3.4钢20

2.3.4.1粉末致密化发泡技术20

2.3.4.2粉末－造孔剂混合物制备泡沫钢23

2.4多孔泡沫金属的回收24

2.4.1多孔泡沫金属的重熔24

参考文献24

2.4.2多孔金属基复合材料的回收25

2.4.3结论27

参考文献27

2.5发泡物理学：结构形成和稳定性28

2.5.1熔体中的单独气泡29

2.5.2气泡聚结：发泡30

参考文献36

2.6渗流和复模工艺制备金属海绵38

2.6.1复模38

2.6.2.1预制块的准备39

2.6.2复模工艺：基本原理39

2.6.2.2渗流41

2.6.2.3预制块去除42

2.6.3金属海绵的物理性能和力学性能43

2.6.3.1连续耐火预制块44

2.6.3.2非连续耐火预制块44

2.6.3.3可燃烧预制块45

2.6.3.4可浸出预制块45

2.6.4结论46

参考文献47

2.7固态法和沉积法48

2.7.1单孔成型：无芯法49

2.7.1.1雾化粉末空心球结构49

2.7.1.2同轴喷射浆料制备空心球结构50

2.7.2单孔成型：失芯法50

2.7.2.1置换烧结法制取空心球结构50

2.7.2.2电涂覆聚苯乙烯泡沫球制备空心球结构51

2.7.2.3流化床涂覆聚苯乙烯泡沫制备空心球结构51

2.7.3实体成型：无芯法53

2.7.3.1金属粉末及纤维的烧结53

2.7.3.2特殊烧结法54

2.7.3.3固态发泡法55

2.7.3.4粉浆发泡法57

2.7.4实体成型：失芯法57

2.7.4.1粉末冶金填料法57

2.7.4.2沉积法57

参考文献58

第3章 多孔泡沫金属的后处理60

3.1.1.1发泡成型过程中的特殊问题63

3.1.1高温成型63

3.1成型、机加工和涂覆63

参考文献63

3.1.1.2制备铝泡沫芯3D复合材料的工艺64

3.1.1.3材料在固相线温度下的行为65

3.1.1.4高温下多孔泡沫金属的成型65

3.1.2机加工66

3.1.3涂覆66

3.1.3.1热喷涂涂层的力学性能67

3.1.3.2泡沫涂覆的困难67

3.1.3.3泡沫金属热喷涂复合材料68

3.2.1简介69

参考文献69

3.2泡沫铝结构的连接技术69

3.2.2实用连接技术70

3.2.2.1机械连接元件70

3.2.2.2黏结剂连接70

3.2.2.3焊接70

3.2.2.4软钎焊和硬钎焊71

3.2.3泡沫－泡沫连接72

3.2.4.1显微结构研究73

3.2.4泡沫－板连接73

3.2.4.2泡沫－板材连接的力学性能76

3.2.5构件的适应性82

3.2.5.1管材82

3.2.5.2异型材82

3.2.6小结84

参考文献85

3.3铸造嵌入85

3.3.1.2泡沫芯连接86

3.3.1.1泡沫芯生产86

3.3.1铸造嵌入泡沫芯86

3.3.1.3力学性能87

3.3.1.4泡沫芯表面涂覆88

3.3.2壳体铸造工艺89

3.3.2.1高压铸造工艺89

3.3.2.2壳体与泡沫芯间的连接93

参考文献93

3.4.1泡沫夹层板制备工艺94

3.4夹层板94

3.4.2工业应用96

3.4.2.1技术优势97

3.4.2.2技术局限性98

3.4.3 AFS的连接技术98

3.4.3.1激光焊接99

3.4.3.2 TIG/MIG焊接99

3.4.3.3螺栓／销焊接100

3.4.3.4冲铆连接101

3.4.3.8粘接102

3.4.3.7铆接102

3.4.4 AFS的切削102

3.4.3.6流体钻孔连接102

3.4.3.5螺钉／螺母连接102

3.4.4.1激光切削103

3.4.4.2水射流切削103

参考文献103

第4章 多孔金属的特征105

参考文献107

4.1多孔泡沫金属的结构特征107

4.1.1多孔金属结构特征的定义及对性能的影响107

4.1.1.1孔的密度和体积百分数108

4.1.1.2孔的形状和尺寸110

4.1.2实际泡沫金属几何结构的表征方法112

4.1.2.1样品的制备112

4.1.2.2孔尺寸113

4.1.2.3孔形状115

4.1.2.4孔的取向116

4.1.2.5孔壁和孔棱的厚度116

4.1.2.6拓扑学特征116

4.1.3多孔材料的显微组织表征117

4.1.4结论118

参考文献119

4.2.1技术原理120

4.2.1.1 X射线照相术120

4.2计算机X射线层析照相术（XCT）120

4.2.1.2 X射线层析照相术121

4.2.2设备配置121

4.2.2.1 中等分辨率微观层析照相术122

4.2.2.2高分辨率微观层析照相术122

4.2.2.3研究金属泡沫所需的分辨率122

4.2.3实验结果123

4.2.3.1初始孔结构123

4.2.2.4图像重构方法123

4.2.3.2压缩过程中孔结构的变化124

4.2.4泡沫材料的有限元微观模拟125

4.2.4.1真实微观结构的直接网格法125

4.2.4.2结果125

4.2.5结论127

参考文献128

4.3质量特性判定129

4.3.1简介129

4.3.2多孔泡沫金属的不均匀性129

4.3.3.1多孔金属的类型131

4.3.3.2表面和尺寸131

4.3.3宏观参数131

4.3.3.3表观密度132

4.3.3.4性能133

4.3.4微观结构特征133

4.3.4.1金属的显微组织133

4.3.4.2几何特征134

4.3.4.3微观缺陷135

4.3.5介观结构特征136

4.3.5.1多孔结构的介观几何特征136

4.3.6质量特征137

4.3.5.2介观密度分布137

4.3.7多孔结构的连续介观近似138

4.3.7.1密度图计算138

4.3.7.2密度不均匀性的表示141

4.3.7.3材料模拟的介观基础143

4.3.8质量判定标准143

参考文献145

第5章 材料的性能147

5.1力学性能及其测定150

5.1.1杨氏模量150

参考文献150

5.1.1.1泡沫结构的影响151

5.1.1.2泡沫密度的影响151

5.1.1.3变形的影响152

5.1.2压缩性能153

5.1.3能量吸收和抗冲击性155

5.1.3.1能量吸收性能155

5.1.3.2抗冲击性能156

5.1.4拉伸性能157

5.1.4.1拉伸性能157

5.1.4.3泡沫材料拉伸测试过程中的特殊问题159

5.1.4.2缺口效应159

5.1.5扭转性能160

5.1.6断裂性能160

5.1.6.1裂纹的形成及扩展161

5.1.6.2断裂韧性162

5.1.6.3因泡沫特性而导致的测试问题164

参考文献164

5.2泡沫铝的疲劳性能和疲劳极限165

5.2.1疲劳数据的文献综述165

5.2.2.2实验结果169

5.2.2.1材料和过程169

5.2.2高周疲劳性能和疲劳极限169

5.2.3裂纹形成机理171

5.2.4结论173

参考文献175

5.3多孔金属的电、热和声学性能175

5.3.1 电性能175

5.3.2热性能179

5.3.3声学性能183

5.3.3.1隔声材料183

5.3.3.2吸声材料185

5.3.3.3结构阻尼191

参考文献195

第6章 模型和模拟197

6.1多孔金属的模型分析198

6.1.1动机199

6.1.2多孔材料的微观力学模型：基础理论199

6.1.2.1 分析模型和数值模型200

6.1.2.2微观几何结构分类201

6.1.2.3微观力学信息202

6.1.3.1孔壁材料分布的影响203

6.1.3微观力学模拟结果203

6.1.3.2孔壁弯曲和褶皱的影响206

6.1.3.3不规则结点位置的影响207

6.1.3.4不同孔径结构的微观几何形态208

6.1.3.5空洞及固体填充孔的影响210

6.1.3.6孔壁破裂或残缺的影响211

6.1.3.7屈服和坍塌面211

6.1.3.8泡沫金属的断裂模拟214

6.1.4介观密度不均匀性的模拟217

6.1.5宏观模拟219

6.1.5.1薄泡沫金属垫的低能冲击220

6.1.5.2泡沫填充件的变形分析222

6.1.6多孔泡沫金属的优化设计222

6.1.7展望224

参考文献225

6.2真实多孔结构的介观模拟227

6.2.1 简介227

6.2.2三维介观模型229

6.2.2.1弹性范围230

6.2.2.2塑性范围230

6.2.3.1变形带233

6.2.3单向压缩模拟233

6.2.3.2力学性能235

6.2.4讨论235

6.2.5结论239

参考文献239

第7章 使用性能和应用241

7.1泡沫金属和泡沫塑料的结构应用范围241

7.1.1简介241

7.1.2潜在的应用范围241

7.1.3材料性能241

7.1.4主要构件配置242

7.1.5应用和连接技术243

7.1.5.1铸造244

7.1.5.2热连接工艺244

7.1.5.3机械连接工艺246

7.1.5.4三维夹层件246

7.1.5.5聚合物基多孔材料246

7.1.6有效性246

7.1.6.1弯曲和扭转应力246

7.1.6.2冲击应力248

7.1.6.3轴向载荷248

7.1.7展望249

7.1.6.4声学249

7.2功能应用251

7.2.1一般性考虑251

参考文献251

7.2.2生物医学移植材料252

7.2.3过滤和分离253

7.2.4热交换器和冷却器253

7.2.7液流控制255

7.2.8消声器255

7.2.6液体的存储和传输255

7.2.5催化剂载体255

7.2.9喷雾器256

7.2.10电池电极256

7.2.11电化学应用256

7.2.12阻火器256

7.2.13水净化256

7.2.14声音控制257

参考文献257

7.3机械工程应用257

7.3.1.2可分离连接的连接强度258

7.3.1参数258

7.3.1.1热性能258

7.3.2应用实例259

7.3.2.1泡沫填充钢管259

7.3.2.2机用台架263

7.3.2.3横向滑板264

7.3.3结论264

参考文献265

7.4粉末致密化发泡原型技术265

7.4.2方法、设备、模具266

7.4.1简介266

7.4.2.1发泡先驱体制备267

7.4.2.2发泡工艺268

7.4.2.3发泡炉268

7.4.2.4发泡模具269

7.4.3原型技术及其应用270

7.4.3.1汽车工业中的应用270

7.4.3.2建造业应用271

7.4.3.3其他技术领域的应用272

参考文献274

7.4.3.4不适合的应用274

7.5用材料投资法（IMM）评估泡沫铝275

7.5.1材料投资法（IMM）简介275

7.5.2泡沫铝潜在应用市场的初步分析275

7.5.3材料评估276

7.5.3.1技术性能276

7.5.3.2生产成本276

7.5.4市场预测277

7.5.4.1泡沫铝的市场规模277

7.5.3.3能量吸收应用的最小体积和成本277

7.5.4.2泡沫铝的市场周期278

7.5.5价值获得279

7.5.5.1工业结构279

7.5.5.2利润280

7.5.6结论：泡沫铝的材料投资方法评估280

参考文献281

第8章 优势、不足和机遇282

8.1工艺282

8.2性能283

8.3设计和应用285