原位生長陶瓷增強泡沫鋁的形成機理及壓縮特性

本項目開發(fā)了新的（近）球形孔通孔泡沫鋁的制備工藝，并采用微弧氧化技術(shù)在球形孔通孔泡沫鋁內(nèi)外表面原位生成了氧化鋁陶瓷層，制備出了新型陶瓷增強泡沫鋁。研究了微弧氧化膜層在泡沫鋁表面的原位生長特性，并闡明了膜層的生長動力學(xué)。獲得了泡沫鋁的結(jié)構(gòu)特征（孔隙率和孔徑）對陶瓷層組織結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，并探討了其相關(guān)機理。從宏觀和微觀兩個方面闡明了陶瓷增強泡沫鋁的壓縮行為及其失效機理，并得出其能量吸收特性的影響規(guī)律。依托本項目，申報了國家發(fā)明專利1項，發(fā)表了科研論文10余篇，項目的研究成果可提高泡沫鋁的結(jié)構(gòu)功能一體化特性，為其在汽車、航天等領(lǐng)域的應(yīng)用提供科技支撐。

實現(xiàn)泡沫鋁的輕質(zhì)高性能化是具有科學(xué)內(nèi)涵的研究課題。本項目以金屬-陶瓷復(fù)合化為主要科研思路，采用微弧氧化法在通孔泡沫鋁表面原位生成陶瓷層，形成外強內(nèi)韌的新型陶瓷增強泡沫鋁。研究陶瓷層的成分、組織、結(jié)構(gòu)的影響因素及演變規(guī)律，闡明陶瓷層在泡沫鋁外表面及內(nèi)表面的原位生長特性及陶瓷層的生長動力學(xué)，探討通孔泡沫鋁的結(jié)構(gòu)特征（孔隙率和孔徑）對微弧氧化陶瓷層原位生長行為的影響及機理。研究陶瓷增強泡沫鋁在壓縮載荷下的壓縮性能及能量吸收特性，探討陶瓷增強泡沫鋁的宏觀失效機理及微觀失效機理，揭示其能量吸收特性影響規(guī)律，闡明陶瓷層對泡沫鋁的力學(xué)作用機理。本項目的開展可揭示陶瓷增強泡沫鋁的形成、組織結(jié)構(gòu)與壓縮特性間的內(nèi)在規(guī)律，為泡沫鋁的設(shè)計和應(yīng)用提供科學(xué)理論依據(jù)。

陶瓷增強體的種類、形貌（晶須或顆粒）、尺寸是影響金屬基復(fù)合材料（MMCs）性能的關(guān)鍵共性基礎(chǔ)科學(xué)問題。本項目研究具有不同形貌與尺寸的原位自生陶瓷顆粒與晶須對鈦基復(fù)合材料（TMCs）的混雜增強效應(yīng)與機理。研究原位自生增強TMCs的制備工藝，分析增強體的形貌、尺寸等因素對復(fù)合材料微觀組織和各項力學(xué)性能的不同影響；從材料學(xué)的角度出發(fā)，研究原位自生顆粒與晶須對TMCs材料的混雜增強效應(yīng)，并探討其混雜增強機理；結(jié)合計算機數(shù)值模擬分析方法建立混雜增強效應(yīng)對材料不同性能的影響模型，揭示混雜效應(yīng)與材料力學(xué)性能之間的內(nèi)在聯(lián)系與規(guī)律性。本項研究將對TMCs性能優(yōu)化起重要指導(dǎo)作用，為采用材料設(shè)計的思想制備高性能TMCs提供理論基礎(chǔ)與指導(dǎo)，對促進鈦基復(fù)合材料的發(fā)展與應(yīng)用有重要意義，并對其它顆粒增強金屬基復(fù)合材料的設(shè)計與制備具有參考與借鑒意義。 2100433B

煤自燃的臨界溫度是煤低溫氧化向快速氧化轉(zhuǎn)變的特征點，是認(rèn)識和評價煤自燃特性的關(guān)鍵參數(shù)，也是煤炭自燃災(zāi)害防治中的關(guān)鍵階段。針對現(xiàn)有的單參數(shù)測試手段與研究方法的不足，本項目創(chuàng)新地采用原位技術(shù)實時在線測試臨界溫度段（50～130℃）的氣體產(chǎn)物、耗氧量、產(chǎn)熱量、官能團與自由基濃度等參數(shù)隨氧化時間與溫度的變化，研究該階段煤自燃的產(chǎn)熱產(chǎn)物動力學(xué)模型，官能團與自由基濃度變化之間的關(guān)系，影響臨界溫度的關(guān)鍵因素等；結(jié)合量子化學(xué)軟件對不同煤種不同活性官能團反應(yīng)過程的計算模擬，綜合分析各測試參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，推導(dǎo)煤臨界溫度段不同官能團的氧化反應(yīng)步驟及各反應(yīng)步驟的產(chǎn)物和產(chǎn)熱量。在此基礎(chǔ)上建立煤自燃臨界溫度變化前后的氧化動力學(xué)反應(yīng)模型，揭示煤自燃臨界溫度的特性及形成機理。研究成果對深入認(rèn)識煤自燃機理具有重要的科學(xué)意義，也對指導(dǎo)煤炭自燃防治具有重要的現(xiàn)實意義。