烧结不锈钢丝网多孔板材的结构表征及冲击性能

以不锈钢丝网和不锈钢粉末为原材料,经过卷绕、压制、轧制和烧结工艺制造了烧结不锈钢丝网多孔板材.研究了不锈钢多孔板的孔隙结构特征和冲击力学性能,并进一步分析了孔隙率、原材料丝径及烧结参数对冲击性能的影响.结果表明:不含粉末的多孔板内的空隙呈规则的矩形,且孔隙尺寸分布均匀,孔隙尺寸分布范围较小;含有粉末的多孔板内的空隙形状复杂多变,孔隙尺寸分布范围较宽;多孔板的成型烧结温度越高,其冲击韧性越高;原材料丝径越粗,冲击韧性越好;材料孔隙率越低,冲击韧性越高;孔隙率对于冲击性能的影响最为显著,材料孔隙率从10. 64%上升到29. 18%时,不锈钢多孔板的冲击韧性从26. 32J/cm2下降到了8. 02 J/cm2.根据冲击试样断裂的宏观和微观形貌分析推断,材料在冲击载荷下经过了致密化、裂纹萌生、裂纹扩展、冶金结合点破坏、应力迅速上升后断裂几个过程,金属丝骨架断裂为典型的韧性断裂,在断裂时受到了轴向拉伸应力和垂直于断裂方向的剪切应力.     

烧结金属多孔材料的渗透和导热性能测试及孔隙特征分析

摘要：
为研究烧结金属多孔材料的各项性能参数,测试了多孔材料的孔隙率;在自然断裂表面扫描电镜（SEM）图像基础上进行图像处理与分析,得到面 孔隙率以及平均孔径与孔径分布特征;设计了以达西定律为依据的实验系统对渗透系数和透气度进行测试,分析了原始粉末粒度、孔隙率、厚度 、低温工况、平均孔径以及孔径分布等因素对渗透性能的影响;使用hot disk热导测试装置测量了有效热导率,并与经验公式的预测结果进行比 较.结果表明,体积平均孔径与孔径分布特征能有效反映透气度的变化规律;厚度对烧结金属多孔材料的孔隙率和渗透系数有着重要影响,厚度越 小,原始粉末颗粒的直径越大,壁面效应越明显;低温工况不会改变烧结金属多孔材料的渗透性能. 关键词：
金属多孔材料; 烧结; 渗透系数; 孔隙率; 热导率 中图分类号： TK 172
文献标志码： A     

贫混凝土透水基层材料渗透性能室内试验

渗透系数和孔隙率是表征贫混凝土透水基层渗透性能的主要指标.利用垂直和水平渗透仪分别测试了多孔贫混凝土的渗透系数,并分析了其满足达西定律的水头范围,得出孔隙率与渗透系数的关系.结果表明:多孔贫混凝土只要保证水力梯度小于0.04,就能满足达西定律的要求;有效空隙率和全孔隙率之间呈相关性良好的线性关系,有效孔隙率和渗透系数之间满足相关性良好的幂指数关系,贫混凝土透水基层的临界排水有效孔隙率为14.4%.     

多孔岩土材料渗透系数与孔隙率关系随机模拟

为了研究多孔岩土材料渗透系数与孔隙率关系,根据给定有限元计算模型的孔隙率,随机生成表征孔隙和固体颗粒的有限元模型,模型中的材料参数和单元属性用ANSYS中的APDL参数化语言赋值。根据有限元随机模拟断面的流量分布和稳态渗流问题的达西定律,计算在不同孔隙率的等效渗透系数,研究等效渗透系数与岩土孔隙率之间的关系。计算结果表明:在孔隙尺寸不变的情况下,等效渗透系数与孔隙率成正比。     

多孔岩土材料渗透系数与孔隙率关系随机模拟

为了研究多孔岩土材料渗透系数与孔隙率关系,根据给定有限元计算模型的孔隙率,随机生成表征孔隙和固体颗粒的有限元模型,模型中的材料参数和单元属性用ANSYS中的APDL参数化语言赋值。根据有限元随机模拟断面的流量分布和稳态渗流问题的达西定律,计算在不同孔隙率的等效渗透系数,研究等效渗透系数与岩土孔隙率之间的关系。计算结果表明:在孔隙尺寸不变的情况下,等效渗透系数与孔隙率成正比。     

熔融碳酸盐燃料电池实验研究

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是第2代燃料电池,工作温度650°C.组装了12cm×10cm的MCFC单体电池,开发了电池的关键材料、烧结及升温程序.电池以多孔陶瓷板材料γ-LiAlO2作为电解质支持体,其厚度为0.8mm,孔径分布0.1～0.8μm,孔隙率50%;阴极采用多孔板Ni,厚度为0.8mm,平均孔径为12μm,孔隙率55%;阳极采用多孔板Ni,厚度为0.8mm,平均孔径为8μm,孔隙率50%.电池的开路电压达到1.10V,电流密度达到120mA/cm2,工作时输出电压为0.65～0.70V,输出功率5～10W.     

生态透水混凝土对路面径流污染阻滞效果

作为典型的大孔隙铺装材料,生态透水混凝土不仅能够快速渗透路表雨水,防止积水产生,还能有效阻滞路表径流中携带的大量污染物。以目标孔隙率为20%、加入陶粒和硅藻土两种净化材料的生态透水混凝土为研究对象,以性能测试结果为评价指标,分析净化材料掺量对生态透水混凝土孔隙率、渗透系数的影响;以污染物去除率为检测指标,分析不同净化材料掺量对径流污染阻滞效果的影响并从微观层面加以解释;以污染物总量为控制指标,采用室内加速试验,模拟生态透水混凝土在8 a服役期内孔隙率、渗透系数及污染物去除率的变化规律,研究其在长期服役过程中结构孔隙的阻塞过程。研究结论表明,生态透水混凝土中陶粒的最佳掺量为10%,硅藻土的最佳掺量为20%;从物理电子显微镜和化学元素分布两个层面确认了生态透水混凝土对道路径流污染物良好的阻滞作用;随着生态透水混凝土模拟服役年限增长,其孔隙率和渗透系数均衰减,对各污染物的阻滞效果也有着对应的变化趋势。     

岩石随机孔隙结构的三维重构模型与细观渗流分析

将多孔岩石介质的孔隙视为具有毫米量级的随机细观结构,重构岩石三维随机孔隙结构模型,在细观力学的层面上研究孔隙结构对多孔岩石渗流的影响。引入微管渗流模型,利用统计学原理和FLAC3D软件研究多孔岩石介质随机孔隙结构的重构技术和细观渗流数值模拟方法。研究结果表明:多孔岩石孔隙率越大,流体由非稳定流过渡到稳定流的时间愈短,渗透系数和孔隙率具精度很高的线性关系,岩石介质透水性的孔隙率阈值nλ=4.05%,峰前多孔岩石介质的渗透系数主要受体积应力控制,且两者之间具有负指数关系。重构毫米量级的孔隙结构单元,其数值稳定性可以得到保证。     

透水模板布几何参数对透排水性能的影响

为研究透水模板布(controlled permeability formwork liner,CPEL)透排水性能的影响因素,采用吸力平板仪、厚度测试仪等测试了不同压力下3种不同规格透水模板布的孔隙、厚度等几何参数.分析了孔隙累积分布曲线、孔隙率、压力及厚度的相互关系;结合CPFL水平和垂直渗透系数,深入探讨了CPFL孔隙分布、厚度和压力对透水模板布透排水性能的影响.并对交通运输部JT/T736-2009<混凝土工程用透水模板布>标准中厚度压缩比等指标提出了具体修改建议.研究表明:3种CPFL孔隙率和厚度均在32 kPa压力左右时趋于某一稳定值;CPFL透排水性能的内外部因素耦合作用明显.     

纳米多孔结构单晶硅热电薄膜声子热导率数值研究

为降低多孔热电薄膜的热导率来提升其热电转换效率,基于离散坐标法和松弛时间近似模型求解声子Boltzmann输运方程,对单晶硅纳米多孔热电薄膜声子热导率进行了数值研究,获得了多孔硅薄膜厚度、孔隙率、边界镜面率和声子散射边界面积对其热导率的影响规律,讨论了孔隙率、多孔薄膜厚度对薄膜各向异性导热特性的影响。结果表明:随着孔隙率的增加及薄膜厚度的减小,热导率逐渐降低;当孔隙率增加到64%,且硅薄膜厚度减小到块材料硅声子平均自由程的1/10时,与块材料热导率相比,薄膜热导率至少下降两个数量级。通过分析多孔薄膜中的热流分布特性,提出了优化设计薄膜多孔结构的方法,为设计低热导率高效热电薄膜提供了理论依据。     

多孔锌合金孔隙率及通孔率的测定方法研究

多孔体中所有孔隙的体积与总体积之比称之为孔隙率。要测定孔隙率必须要知道所有孔隙的体积,即开孔孔隙率和闭孔孔隙率。通过测定开孔孔隙率,计算闭孔孔隙率,进而可以求得多孔体的孔隙率。通孔率表征了材料对液态介质的流通特性。研究多孔锌合金的孔隙率和通孔率,可以为多孔锌合金的性能评价提供依据,进而改进多孔锌合金的研制方法。     

多孔介质曲折度对膨润土衬垫渗透性能的影响

膨润土的颗粒膨胀所引起的孔隙率及流径曲折度的改变是影响膨润土衬垫(Geo?synthetic Clay Liner,GCL)防渗性能的关键.通过COMSOL建立模拟膨润土中渗流的数值模型,研究了膨润土颗粒膨胀过程对GCL防渗性能的影响.COMSOL模型研究结果表明,流体通过膨润土粒间孔隙时,边界通道的最大速度明显小于非边界通道速度,这与泊肃叶公式的基本结论一致,初步验证了模型的准确性.同时,微观粒子速度分布规律与宏观流体场的速度分布规律基本一致,因此可以从微观的角度研究GCL的宏观渗透规律.利用COMSOL中的粒子轨迹监测方法,分析了颗粒膨胀对膨润土孔隙率和流径曲折度的影响.研究结果表明,流径的曲折度随孔隙率的增加而减小,且呈指数函数关系.基于GCL试样的多孔介质毛管模型和修正泊肃叶公式,考虑GCL孔隙率与流径曲折度之间的指数函数关系,提出了能综合反映孔隙率与流径曲折度影响的GCL渗透系数理论预测模型,并将理论预测结果与已有文献试验数据进行了对比,两者的比值介于1/5～5,验证了模型的准确性.     

纤维多孔金属的流阻率分形模型研究

为了揭示纤维多孔金属吸声材料的流阻率与其孔隙率、孔直径以及孔的弯曲度等主要几何参数之间的变化规律,给纤维多孔金属吸声材料的结构设计提供基本的理论指导,提出了一种流阻率分形模型。通过对纤维多孔金属的孔隙结构进行分形处理,结合材料内部空气流体学分析,首先获得了流经纤维多孔金属材料截面总的空气流量Q的表达式,该表达式是最大平均孔径λmax、曲线分形维数DT和孔面积分形维数Df的函数,其次结合纤维多孔金属吸声材料流阻率的公式,获得了流阻率分形模型。模型理论计算值与实验测试值的最大偏差为13.9%,最小偏差为7.6%,平均偏差为10.6%,验证了该理论模型的可靠性。分析结果表明:随着孔隙率Φ的增大,纤维多孔金属吸声材料的流阻率减小;Φ和DT一定时,流阻率随着Df的增大而减小;Φ和Df一定时,流阻率随着DT的增大而增大。与通过实验确定流阻率的经验公式相比,文中所建流阻率分形模型能够反映材料的几何参数与流阻率之间的变化规律,为纤维多孔金属吸声材料的微观结构设计提供了一定的依据。     

泡沫浸渍法制备小梁金属及性能

采用有机泡沫浸渍法,选用预处理过的聚氨酯泡沫为模板制备具有较高强度和与人体弹性模量相匹配的小梁金属(多孔钽生物材料).通过流体静力学法、SEM、EDS等方法研究表征多孔钽材料的密度、微观结构、孔隙形貌、杂质含量等.研究结果表明:材料密度为6.06～7.02g/cm3,孔隙率为57.7％～63.5％,孔径为313～622um,制备的多孔钽具有与人体骨相似的三维、连通开孔隙形貌,材料基体上无杂质残留.力学性能结果表明:抗压强度为50～73MPa,弹性模量为1.73～2.72GPa,与人体松质骨相似.     

多孔水泥混凝土力学性能试验研究

为研究多孔水泥混凝土的力学性能,考虑了玄武岩碎石与河卵石的2种单一粒级9.5～13.2mm和13.2～16.0mm以及孔隙率分别为18%、22%和26%的情况,运用CT扫描和万能试验机等技术手段,获得了多孔水泥混凝土内部孔径大小分布规律及其弹性模量等。研究结果表明,水灰比过大、过小均会造成孔隙与浆体分布不均匀,水泥的最佳用量以刚好能够完全包裹粗骨料的表面为适度;孔隙率受骨料类型、骨料粒径以及骨料体积比影响较大;与碎石相比,卵石制备多孔水泥混凝土弹性模量与抗压强度之间离散性较大;在不同应力条件下,受压8,24h后,多孔水泥混凝土抗压强度明显不同。     

双重分形多孔介质孔隙率的研究

根据双重分形多孔介质孔隙分布分形维数D与孔隙迂曲分形维数DT的定义和计算公式,推导了多孔介质孔隙率的计算公式.通过孔隙率计算公式的函数图像分析了双重分形维数D和DT的变化对孔隙率的影响,分析结果表明孔隙率随多孔介质双重分形维数D和DT的增加而增大;多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率增加的就越慢;当D DT＜3时,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率就越大,但当D DT＞3时则相反,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率反而越小,D DT=3是特殊点,令D DT→3时的孔隙率极限值为它的孔隙率.     

凝胶注模成形多孔Ti-7.5Mo合金的孔隙及力学性能

以振动球磨方式混合Ti-Mo粉体,采用凝胶注模成形制备了多孔Ti-7.5Mo合金制品,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射和力学性能试验分别对其显微结构和力学性能进行了测试和分析,研究了预混液单体质量分数和浆料固相含量对其孔隙性能和力学性能的影响.结果表明,与纯Ti粉末相比,添加质量分数为7.5%的Mo混合粉末浆料的流变特性较好,所得合金由分布均匀的α-Ti基体和β-Ti组成,其孔隙率为39.15%~45.97%,孔径为5~98μm.与凝胶注模多孔纯钛相比,多孔Ti-7.5Mo合金的生物力学性能更加优异,适合作为医用植入材料.     

改进溶剂浇铸/粒子沥滤法制备聚ε-己内酯组织工程支架

对经典的溶剂浇铸／粒子沥滤法进行适当改进，结合致孔剂直接黏结工艺制备三维多孔聚ε-己内酯（PCL）组织工程支架材料.以氯化钠为致孔剂，利用预成型-真空浇铸-脱溶荆工艺制得支架材料．对支架的微结构、孔径、孔隙率和亲水性等性能进行表征．结果表明，黏结工艺中加入水量在2％～8％时都可形成均匀多孔黏结结构，且支架孔隙率几乎不变；支架孔径基本分布在10～80μm；孔隙率可达（89±1）％；采用抽真空与加热相结合的脱溶荆工艺可以提高孔隙率．制得的PCL支架厚度2〉5mm且为三维高孔隙率海绵体结构，可适用于软组织工程的修复．     

用于锂离子电池负极的多孔硅材料制备

多孔硅具有大量孔洞,能有效缓解体积膨胀带来的压力,有望成为锂离子硅基负极材料的一个研究方向.采用光助电化学腐蚀、二次化学腐蚀制备高孔隙率n型多孔硅材料,通过优化后的光助电化学腐蚀,样品的孔径约为800～1 000nm,多孔层厚度(平均孔深)约为155μm,孔隙率约74%.二次腐蚀后,样品孔径增加到1.1μm,多孔层厚度减小到110μm,孔隙率增加到84%,表明二次腐蚀增加了样品的孔径和孔隙率.以二次腐蚀的多孔硅材料为负极的锂离子半电池在0.05C的恒流充放电循环测试下,循环20次后充放电比容量保持在188和198mAh/g,效率保持90%以上.实验结果表明,多孔硅锂电极比单晶硅锂电极具有更长的循环寿命,可有效提高锂电池的性能.     

超疏水材料改良黄土的宏微观抗渗机制研究

为有效提高黄土的抗渗性,改善其遇水后的稳定性,并预防由水诱发的黄土地质灾害,本文采用一种有机硅憎水粉末疏水材料对黄土进行改良。开展三轴渗透试验测量不同掺量疏水材料改良黄土的渗透系数,结合土水接触角试验和扫描电镜(SEM)试验,从宏观表面接触特性和微观结构特性的角度综合分析抗渗机制。研究表明：改良黄土的渗透系数会随着渗透时间逐渐减小至稳定,与渗透时间符合幂函数关系。固结围压的升高会导致改良黄土渗透系数降低,主要表现为土体孔隙收缩,渗流通道数减少,有效渗流压力降低。掺入疏水材料的最优质量分数为1%～2%,此时饱和黄土渗透系数下降达到90%以上。疏水材料改良黄土抗渗性的宏观机制表现为土体表面粗糙度增加,疏水基憎水,导致土水接触角增大,表面自由能减小;微观机制在于疏水材料通过表面附着、胶结团聚、填充孔隙等方式改变了黄土的内部结构。