多孔銅纖維燒結(jié)氈微觀結(jié)構(gòu)與性能表征研究.pdf

1、多孔銅纖維燒結(jié)氈是一種具有三維網(wǎng)狀金屬纖維骨架結(jié)構(gòu)和全聯(lián)通孔隙結(jié)構(gòu)特征的新型功能材料，其憑借分層開孔、可控孔隙率、滲透性和毛細作用等特征，被廣泛應用于過濾和分離、催化反應、燃料電池、吸聲、氣體擴散等各個領(lǐng)域。在其研究工作中，分析其內(nèi)部形態(tài)結(jié)構(gòu)與外在性能之間的關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的預設(shè)計，對降低其實際制造的盲目性，提升材料加工效率和優(yōu)化材料性能等具有重要意義。
　　本文通過Micro-CT掃描獲得多孔銅纖維燒結(jié)氈樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像信息，

2、并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字化三維模型，實現(xiàn)對其內(nèi)部纖維形態(tài)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并根據(jù)形態(tài)統(tǒng)計結(jié)果構(gòu)建了參數(shù)可控主動設(shè)計模型。同時，對經(jīng)燒結(jié)處理的銅棒進行單向拉伸實驗，獲得了多孔銅纖維燒結(jié)氈的基礎(chǔ)性能以及有限元分析所需的基礎(chǔ)參數(shù)，考慮了網(wǎng)格劃分方法和網(wǎng)格尺寸對其仿真精度的影響。將拉伸試驗仿真結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了比較，驗證了構(gòu)建模型的有效性后對模型內(nèi)部形態(tài)進行微調(diào)獲得其對拉伸性能的影響規(guī)律。模擬計算結(jié)果表明，隨著孔隙率的減小和纖維朝向趨向于xy平面，多孔金屬

3、纖維燒結(jié)板拉伸曲線上移，屈服強度和楊氏模量隨之上升，而隨著纖維直徑的增大，其拉伸性能呈現(xiàn)波動變化。
　　對應用于傳輸性能仿真的燒結(jié)氈模型纖維表面進行了優(yōu)化，并將優(yōu)化前后的仿真結(jié)果與實驗測量結(jié)果進行了比較，證明表面優(yōu)化后的模型提高了仿真的準確性。在不同結(jié)構(gòu)特征和邊界條件下，對優(yōu)化模型內(nèi)流體的流速分布、壓降分布等流體傳輸性能進行了數(shù)值模擬，探究了不同邊界條件和孔隙率對其流體傳輸性能的影響機制。模擬結(jié)果顯示:多孔銅纖維燒結(jié)氈獨特的內(nèi)部網(wǎng)