超级三明治嵌板

Titanium Alloy Lattice Structures with Millimeter Scale Cell Size

金属泡沫和具有结构单元的材料因为其广泛的潜在应用吸引了大量的关注。

作为三明治嵌板结构的核心,他们不仅能显著地提高了材料在弯曲时抗载荷的能力,而且还具有其他方面的功能:例如叉流式热交换(cross flow heat exchange),声波阻尼(acoustic damping)和冲击能吸收(impact energy absorption)等。

点阵结构的比强度一般取决于材料的比强度、相对密度以及一个表征点阵对应力抵抗效果的几何因子。泡沫材料很容易获得很小的单胞尺寸,但是作为支撑收到压力时很容易弯曲变形。而点阵或者蜂窝结构的核心可以获得更高的比强度。

弗吉尼亚大学的P. Moongkhamklang和H. N. G. Wadley教授通过利用扩散的接合方法,利用比强度高于不锈钢的钛合金线制备了具有小单胞尺寸的共线(collinear)点阵结构。在实验中,他们制备了正方和金刚石结构排布的1~5mm直径空的结构单元。直径254微米的钛合金线通过校准工具和在真空炉中的扩散接合排列成正交的图案。
这些结构能承受的压应力可达40±5 MPa,在压缩过程中它首先会发生塑性屈服,然后失稳弯曲。研究人员利用钎焊将这些结构单元同钛合金的面板固定在一起,制备出三明治嵌板材料。

正方形和金刚石点阵表现出了单胞金属结构的一些典型特征:弹性变形区域,塑性屈服,应力峰值,紧接着应力大幅度的降低,然后是一个平台;还有由于密度增大导致的硬化。方形点阵的硬度和强度都要高于金刚石型点阵。

研究者们得出了以下结论,编织类型点阵(textile lattices)的压缩应力要由于具有同样相对密度的块状结构,而且是同样的钢质结构的2倍。这些三明治嵌板结构提供了在高温条件下(至420°C)优异的抗载荷,抗冲击以及热交换的性能。

P. Moongkhamklang and H. N. G. Wadley, Adv. Eng. Mater. 2010 ; DOI: 10.1002/adem.201000145

Comments

  1. 要由于具有同样相对密度的块状结构?优于?

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