深入了解泡沫铝

开孔泡沫金属(Open cell metal foams)具有广泛多样的应用前景,诸如热交换,能量吸收,流体扩散和光学器件的轻量化等。由于开孔泡沫金属的成本较高,目前主要应用在航空航天等先进技术领域。

为了评价多孔材料的性能,最常使用的是类似X射线层析(X-ray tomography)成像的方法。采用这种方法,可以在三维方向上原位观察材料内部损伤的发展。近几年出现的X射线计算机层析成像(X-ray computed tomography, XRCT)技术,是表征泡沫材料(Cellular materials)显微结构的最有效的工具。实验室版本的XRCT(LXRCT)所提供的分辨率,足以用来显示泡沫材料的胞状显微结构。

不幸的是,在那些中等分辨率条件下,固体金属的真实显微结构不能被观察到。但是,一些关于铝基泡沫金属(Aluminum-based metal open cell foams)的研究显示,微观尺度的金属间化合物在断裂过程中起决定性的作用。

最近,一组法国和荷兰的研究人员在原位拉伸测试过程中,使用了两种不同尺度的开孔泡沫铝(Open cell aluminum foam)的LXRCT图像。他们分别对宏观的断裂过程,和支杆内部金属显微结构对局部断裂过程的影响进行了分析。

首先,他们通过高分辨率的局部层析成像研究了泡沫的内部结构,这可以显示金属间化合物的详细信息。然后,他们使用低分辨率的扫描获取泡沫在大步长拉伸形变过程中材料的断裂过程。

在初始过程中,低分辨的图像也被用作基于图像的有限元计算(Image-based FE calculation)的输入信息,这种方法可以计算出材料中的高应力区域。在断裂区域,一些已断裂的支杆遭受了很高的载荷,而一些其他的支杆却没有。该实验结果揭示了局部的显微结构对于初期的断裂起决定性的作用。

研究人员认为这种方法就和预测工具一样,对于优化这些泡沫材料的断裂特性非常有帮助。该方法可以揭示所有必需的信息,如局部的缺陷浓度以及缺陷浓度对断裂变形的影响,并使用有限元模型计算局部的应力。

来源:MaterialsViews

翻译:左勇