Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１９９７
【３】Ｎａｋａｊｉｍａ Ｈ．Ｐｒｏｇ Ｍａｔｅｒ ＳｃｉＯ］，２００７，５２：１０９１ 【４】Ａｓｈｂｙ Ｍ Ｆ＇Ｅｖａｎｓ Ａ Ｇ Ｆｌｅｃｋ Ｎ Ａ ｅｔ ａ１．Ｍｅｔａｌ Ｆｏａｍｓ：Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｕｉｄｅ［Ｍ］．Ｗｏｒｂｕｍ：Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ－Ｈｅｉｎｅｍａｎｎ，２０００ ［５】Ｂａｎｈａｒｔ Ｊ．Ｐｒｏｇ Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ［Ｊ］，２００１，４６：５５９ 【６】Ｅｖａｎｓ Ａ Ｇ Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎ Ｊ Ｗｊ Ａｓｈｂｙ Ｍ Ｅ Ｐｒｏｇ Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ［Ｊ］，
图２烧结多孔钢丝网的拉伸断裂机制示意图
Ｆｉｇ．２
Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｔｅｎｓｉｌｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｐｏｒｏｕｓ
ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅｓ：：（ａ）ｆｉｂｅｒ ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ，（ｂ）ｆｉｂｅｒ ｒｏｔａｔｉｎｇ ａｎｄ／ｏｒ ｍｏｖｉｎｇ，ａｎｄ（ｃ）ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ口２】
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２．１８５Ｘ（２００９）Ｓ３．２６７．０４
１ 引言
烧结金属纤维多孔材料在高温吸声、水下消音、 表面燃烧、热管等方面所表现出的优异性能，已经引 起了材料研究工作者的广泛关注【１硼。金属多孔材料正 在从功能单一的材料用途向结构材料延伸，最终实现 多功能化、结构功能一体化的突破。随着金属多孔材 料的功能结构一体化的研究，越来越需要研究功能性 金属多孔材料在结构件中的力学行为，积累这些材料 在承受一定载荷和冲击情况下的基础力学数据，同时 为拓宽金属多孔材料的多功能化提供依据［５～ｔ３】。
万方数据
·２６８·
稀有金属材料与工程
第３８卷
烧结温度越高，保温时间越长，所得到多孔材料孔结 构越好，金属丝之间结点也就越粗糙，则孔隙度越低。 在压缩过程中，钢丝网表现出与其它多孔材料一样的 弹．塑性行为。随着孔隙度增大，多孔钢丝网屈服强度
和弹性模量降低。当孔隙度从３３．９０％增加到５６．２７％ 时，其屈服强度从４６．９ ＭＰａ降低到１４．８ ＭＰａ，其弹 性模量从１．４２ ＧＰａ降低到０．４２ ＧＰａ。
【９】Ｍｕｋａｉ Ｔ，Ｍｉｙｏｓｈｉ Ｔ＇Ｎａｋａｎｏ Ｓ ｅｔ ａ１．Ｓｃｒｉｐｔａ Ｍａｔｅｒ［Ｊ］，２００６，
５４：５３３
【１０】Ｑｉａｏ Ｊｉｃｈａｏ（乔吉超），Ｘｉ Ｚｈｅｎｇｐｉｎｇ（奚正平），Ｔａｎｇ Ｈｕｉｐｉｎｇ （汤慧萍）ｅｔ ａ１．Ｒａｒｅ Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（稀有 金属材料与工程）【Ｊ】，２００８，３７：２０５４
象。这样，烧结金属纤维多孔材料就具有了较高的压
缩力学性能［２１，２４，２５］。
对于金属多孔材料，存在着［４】：
丛：ｃｆ生１詈
（１）
ｏ”Ｐ ５
式中，矿：为多孔材料的塑性破坏应力，仃，。为多孔材
料对应致密体的屈服应力，ｐ·为多孔材料的密度，Ｐ。 为多孔材料对应致密体的密度，Ｃ为常数，这个常数
与孔的几何形状有关。在研究中，将盯：，居。定义为
表１ 金属纤维多孔材料的能量吸收能力及能量吸收效率
Ｔａｂｌｅ １ Ｅｎｅｒｇｙ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｆｉｂｅｒ ｍｅｔａｌｓ
针对烧结多孔钢丝网，Ｌｉｕ等［２２，２３］在其随后的研 究中，对这种多孔材料的拉伸性能【２２１和扭曲性能【２３】 进行了分析。和其它金属多孔材料相比（泡沫铝等）， 其具有较高的强度，其拉伸破坏机制如图２所示，主 要包括３个部分：纤维的松弛，纤维的转动和作用在 结点上的力。
摘要：金属纤维多孔材料既有金属的性质，又因内部存在着大量的孔隙而具有一系列的功能特性，是一类优良的结
构功能一体化材料。本文主要分析了金属纤维多孔材料的制备方法，讨论了该材料的力学性能，并着重介绍了近几年
该领域的最新研究进展。
关键词：金属纤维多孔材料；力学性能；制备；结构材料
中图法分类号：ＴＦｌ２５：ＴＢ３８３
金属纤维多孔材料既有金属的性质，又因为材料 内部存在着大量的孔隙，而具有一系列的功能特性， 它是一类优良的结构功能一体化材料。因此，研究金 属纤维多孔材料的制各方法和探讨金属纤维多孔材料 的力学性能具有重要的意义【№１８１。本文对金属纤维多 孔材料的力学性能进行了较为系统的评述和总结，分 析了金属纤维多孔材料力学性能方面存在的不足，展 望了金属纤维多孔材料力学性能的发展趋势，以期为 进一步研究金属纤维多孔材料的力学性能提供一定的 参考。
１９９８，４３：１７１
【７】Ｗａｎｇ Ｚｈｉｈｕａ，Ｍａ Ｈｏｎｇｗｅｉ，Ｚｈａｏ Ｌｏｎｇｍａｏ ｅｔ ａ１．Ｓｃｒｉｐｔａ Ｍａｔｅｒ［Ｊ］，２００６，５４：８３
【８】Ａｍｓｔｅｒｄａｍ Ｅ，Ｈｏｓｓｏｎ Ｊ Ｔｈ Ｍ Ｄｅ，Ｏｎｃｋ Ｐ Ｒ．Ｓｃｒｉｐｔａ Ｍａｔｅｒ［Ｊ］，
２００８，５９：６５３
与泡沫铝相比，烧结金属纤维（丝网）多孔材料 甲的缺陷比较少，在泡沫铝中存在的缺陷主要有：孔 壁比较脆弱且有褶皱现象，存在着裂纹。而且泡沫铝 内部存在着孔坍塌等现象。这些缺陷在很大程度上都 限制了泡沫铝的压缩性能。对于有同种纤维（丝网） 直径制备的金属多孔材料，经过烧结后，其孔壁是均 匀的，在金属纤维多孔材料的内部不存在着孔坍塌现
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图３准有序弯曲铝合金丝网材料制备工艺示意
Ｆｉｇ．３
Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｑｕａｓｉ．ｏｒｄｅｒｅｄ ｅｎｔａｎｇｌｅｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｗｉｒｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ【３０】
这种铝合金纤维多孔材料的孔结构在空间上是相 互连通的，其单轴压缩应力应变曲线表现Ｈ｛和传统的 金属纤维多孔材料相同的性能和典型的应力应变曲 线。孔隙度对这种材料的压缩屈服强度和弹性模量有 着显著的影响，其最大能量吸收效率发生在应变为 １０％一３５％的范围内，则其对应的最大能量吸收效率范 围为５５％－６２％。
２金属纤维多孔材料的力学性能
图１为烧结金属多孔材料典型的压缩应力．应变 曲线【６】，可以看出，其压缩应力．应变曲线大致分为３ 个阶段：在应变很低情况下的线性弹性区、屈服平台 区和应力急剧增大情况下的致密化区。金属多孔材料
在压缩过程中能鼍吸收能力取决于压缩应力．应变曲 线下平台屈服区的面积。金属多孔材料还是优良的减 震材料，由于其具有这一特殊性质而广泛应用于汽车 制造业。从图１还可以看出，金属多孔材料抗冲击性 能取决于线弹性区下的面积。
３结 语
现阶段，烧结金属纤维多孔材料的力学性能研究 落后于材料的应用，应用过程中的诸多力学问题亟待 深入研究。同时，材料的实测力学性能与理论力学性 能还有相当差距，其根本原因在于材料制备工艺及技 术的不完善导致材料的微观结构不够理想。因此，烧 结金属多孔材料的一个重要研究领域是针对超轻结构 和能鼍吸收的应用需求，加大材料制备工艺探索以及 材料在多场耦合情况下的力学性能研究，同时重点关 注材料服役过程中的微观力学行为，为金属多孔材料 的更好应用提供指导。随着烧结金属纤维多孔材料向 结构功能一体化方向深入发展，有关烧结金属纤维多 孔材料的力学模型、破坏机制、理论计算和性能推导 等基础研究有待加强。
参考文献
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ
【ｌ】Ｔａｎｇ Ｈｕｉｐｉｎｇ（汤慧萍），Ｚｈｕ Ｊｉｌｅｉ（朱纪磊），Ｇｅ Ｙｕａｎ（葛渊）ｅｔ ａ１．Ｒａｒｅ Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（稀有金属材料与工
程）川，２００７，３６（１ ２）：２２２０
【２】Ｇｉｂｓｏｎ Ｌ Ｊ’Ａｓｈｂｙ Ｍ Ｅ Ｃｅｌｌｕ／ｗ＂Ｓｏｌｉｄ．：＆能咖譬，ａ魁ｔ Ｐｒｏｐｅｒｔ／ｅｓ［Ｍ］．
烧结工艺对金属纤维多孔材料的压缩性能影响也 很明显，Ｌｉｕ等【２ｌ】采用冶金工艺制备了孔隙度为 ３３．９０％－５６．２７％，孔径为２５～１３００ ｌａｍ的多孔钢丝网。
收稿日期：２００９．０７．１５ 基金项目：国家“９７３”计划资助项目（２００６ＣＢ６０１２０１Ｂ）
作者简介：乔吉超，男，１９８０年生，博＋｝：生，西北ｒ业大学材料学院，陕西西安７１００７２：通讯作者：奚正平，教授，博士生导师，电 话：０２９－８６２３ １０９５，Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｍｔ－ｓｋｌ＠ｃ—ｎｉｎ．ｇｏｍ
万方数据
增刊２
乔吉超等：金属纤维多孔材料力学性能的研究进展
·２６９·
Ｃｈｉｎｏ等【２７ｉ采用电火花等离子烧结技术，施加静 态磁场制备了低碳钢纤维。采用这种方法制备的多孔 低碳钢具有较高的崩塌应力和较高的致密化应力。这 主要是因为静态磁场下，多孔低碳钢的方向结构发生 变化。钢纤维平行于加载方向。导致纤维与加载方向 之间的夹角增大，使多孔低碳钢的崩塌应力增大。
由于钛合金的特殊性质，使其在医学领域得到广 泛应用。烧结钛纤维金属多孔材料的成功制备，进一步 拓宽了钛及钛合金在生物领域的应用。Ｚｏｕ等【２８】采用真 空烧结工艺，在高温烧结下制备了孔隙度为３５％～８４％ 的钛纤维多孔材料。孔径分布为１５０－６００¨ｍ。随着孔 隙度的增加，压缩屈服强度和弹性模量均降低，其取值 范围分别为１００－２００ ＭＰａ和３．５－－４．２ ＧＰａ，由于其交织 状的多孔结构，使得骨组织和体液传输更为便利。
第３８卷 ２００９年
增刊３ １２月
稀有金属材料与工程
ＲＡＲＥ ＭＥＴＡＬ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖ０１．３８，Ｓｕｐｐｌ．３ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００９
金属纤维多孑Ｌ材料力学性能的研究进展
乔吉超１，２奚正平２，汤慧萍２，王建永２，朱纪磊２
（１．西北工业大学，陕西西安７１００７２） （２．西北有色金属研究院金属多孔材料国家重点实验室，陕西西安７１００１６）