文档介绍：泡沫金属的力学性能研究综述
高建成
北京工业大学机电学院,北京(100022)
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摘要:泡沫金属材料作为一种新型工程材料,越来越多地在工程实践中得到应用,在很多
领域展现了广阔的应用前景。本文对泡沫金属材料的力学性能研究进行了综述,并对泡沫金
属材料的应用前景及研究趋势做出了展望。
关键词:泡沫金属;力学性能;本构关系

1. 引言
孔隙在传统工程中常被认为是一种结构上的缺陷,因为它往往会成为裂纹形成和扩展的
中心,对工程材料的力学性能产生不利影响。然而,当材料中孔隙的数量增加到一定的程度
且有规律地分布时,材料就会因为这些孔隙的存在而具有一些特殊的性能[1~8]。
相对于致密金属材料,泡沫金属具有许多优良特性,如密度小、比表面积大、能量吸收
性好、热导率低(闭孔泡沫金属)、吸声性能好(开孔泡沫金属)、隔音性佳(闭孔泡沫金
属)、透过性(渗透性)优良(开孔泡沫金属)、电磁波吸收性好(开孔泡沫金属)、阻火
(开孔泡沫金属)、耐热耐火、抗热震,气敏(一些泡沫金属对某些气体十分敏感)、能再
生、加工性好等。泡沫金属的强度、韧性、抗冲击性能等综合力学性能,使泡沫金属在工程
中可以作为优异的承载结构:如泡沫铝、泡沫镁、泡沫钛,或其它轻质泡沫金属可以用来制
备承载结构件、防震结构件等等[9~19]。
泡沫金属简介
泡沫金属全称多孔泡沫金属材料,顾名思义是指内部有大量气孔的金属,它是由固相和
通过固相形成的孔隙所组成的复合体,一般要达到相对孔隙含量( 即孔率,又称孔隙率或孔
隙度)θ>40%。它区别于普通致密金属材料的最显著特点是具有有用的孔隙。
所谓多孔泡沫金属材料,必须具备如下两个要素:一是材料中包含有大量的孔隙;二是
所含孔隙被用来满足某种或某些设计要求以达到所期待的使用性能指标。可见,这是一种集
结构--性能一体化的新型功能材料[10、11]。
泡沫金属的应用
泡沫金属材料以其独特的结构而具有许多优异的性能,兼有结构材料和功能材料的特
点。作为结构材料,它具有轻质和高比强度的特点:作为功能材料,它同时具备吸声、隔声、
隔热、散热、阻燃、减振、阻尼、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种物理性能[20、21]。因此,它
在高科技领域及一般工业领域正受到越来越广泛的重视[22、23、24]。
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泡沫金属力学性能的主要参数
泡沫金属材料的性能不仅取决于原材料本身,而且与孔洞的结构密切相关。对泡沫金属
材料而言,其最重要的结构参数有以下几个[9、22、25、26、27]:
(1)孔径 d:泡沫金属的基本参数之一,一般以孔隙率平均直径作为孔径的衡量指标。国
际纯化学及应用化学组织为推动多孔材料的研究,推荐了专门术语:粗孔材料(孔径大于
50nm),介孔材料(孔径在 2~50nm 之间),微孔材料(孔径小于 2nm)。根据体积、面
积孔径相等的原理取任意截面的试样测量计算孔隙平均直径作为其孔径。泡沫金属的孔径一
般较大,为 ~6mm 或更大。
(2)密度ρ*:泡沫金属的质量与其总体积之比为泡沫金属的密度。由于泡沫金属中有大量
的孔洞,所以其密度一般只有母体金属密度