第1章 奇妙的多孔泡沫金属世界 1
参考文献 4
第2章 材料的定义、工艺及回收 5
参考文献 7
2.1铝的发泡工艺 7
2.1.1气体注入法：Cymat/Alcan和Norsk Hydro工艺 7
2.1.2原位气体发生法：Shinko Wire工艺和FORMGRIP工艺 9
2.1.2.1 Shinko Wire工艺 9
2.1.2.2 FORMGRIP工艺 10
参考文献 12
2.2粉末致密化发泡技术的工业化 13
2.2.1发泡原理 13
2.2.2泡沫生产的实际过程 15
2.2.2.1粉末的选择 15
2.2.2.2混粉 15
2.2.2.3致密化 16
2.2.2.4发泡先驱体的进一步处理 16
2.2.2.5发泡过程 16
2.2.3工业化状况 17
2.3.1锌 18
参考文献 18
2.3非铝多孔泡沫金属的制备 18
2.3.2铅 19
2.3.3钛 19
2.3.4钢 20
2.3.4.1粉末致密化发泡技术 20
2.3.4.2粉末－造孔剂混合物制备泡沫钢 23
2.4多孔泡沫金属的回收 24
2.4.1多孔泡沫金属的重熔 24
参考文献 24
2.4.2多孔金属基复合材料的回收 25
2.4.3结论 27
参考文献 27
2.5发泡物理学：结构形成和稳定性 28
2.5.1熔体中的单独气泡 29
2.5.2气泡聚结：发泡 30
参考文献 36
2.6渗流和复模工艺制备金属海绵 38
2.6.1复模 38
2.6.2.1预制块的准备 39
2.6.2复模工艺：基本原理 39
2.6.2.2渗流 41
2.6.2.3预制块去除 42
2.6.3金属海绵的物理性能和力学性能 43
2.6.3.1连续耐火预制块 44
2.6.3.2非连续耐火预制块 44
2.6.3.3可燃烧预制块 45
2.6.3.4可浸出预制块 45
2.6.4结论 46
参考文献 47
2.7固态法和沉积法 48
2.7.1单孔成型：无芯法 49
2.7.1.1雾化粉末空心球结构 49
2.7.1.2同轴喷射浆料制备空心球结构 50
2.7.2单孔成型：失芯法 50
2.7.2.1置换烧结法制取空心球结构 50
2.7.2.2电涂覆聚苯乙烯泡沫球制备空心球结构 51
2.7.2.3流化床涂覆聚苯乙烯泡沫制备空心球结构 51
2.7.3实体成型：无芯法 53
2.7.3.1金属粉末及纤维的烧结 53
2.7.3.2特殊烧结法 54
2.7.3.3固态发泡法 55
2.7.3.4粉浆发泡法 57
2.7.4实体成型：失芯法 57
2.7.4.1粉末冶金填料法 57
2.7.4.2沉积法 57
参考文献 58
第3章 多孔泡沫金属的后处理 60
3.1.1.1发泡成型过程中的特殊问题 63
3.1.1高温成型 63
3.1成型、机加工和涂覆 63
参考文献 63
3.1.1.2制备铝泡沫芯3D复合材料的工艺 64
3.1.1.3材料在固相线温度下的行为 65
3.1.1.4高温下多孔泡沫金属的成型 65
3.1.2机加工 66
3.1.3涂覆 66
3.1.3.1热喷涂涂层的力学性能 67
3.1.3.2泡沫涂覆的困难 67
3.1.3.3泡沫金属热喷涂复合材料 68
3.2.1简介 69
参考文献 69
3.2泡沫铝结构的连接技术 69
3.2.2实用连接技术 70
3.2.2.1机械连接元件 70
3.2.2.2黏结剂连接 70
3.2.2.3焊接 70
3.2.2.4软钎焊和硬钎焊 71
3.2.3泡沫－泡沫连接 72
3.2.4.1显微结构研究 73
3.2.4泡沫－板连接 73
3.2.4.2泡沫－板材连接的力学性能 76
3.2.5构件的适应性 82
3.2.5.1管材 82
3.2.5.2异型材 82
3.2.6小结 84
参考文献 85
3.3铸造嵌入 85
3.3.1.2泡沫芯连接 86
3.3.1.1泡沫芯生产 86
3.3.1铸造嵌入泡沫芯 86
3.3.1.3力学性能 87
3.3.1.4泡沫芯表面涂覆 88
3.3.2壳体铸造工艺 89
3.3.2.1高压铸造工艺 89
3.3.2.2壳体与泡沫芯间的连接 93
参考文献 93
3.4.1泡沫夹层板制备工艺 94
3.4夹层板 94
3.4.2工业应用 96
3.4.2.1技术优势 97
3.4.2.2技术局限性 98
3.4.3 AFS的连接技术 98
3.4.3.1激光焊接 99
3.4.3.2 TIG/MIG焊接 99
3.4.3.3螺栓／销焊接 100
3.4.3.4冲铆连接 101
3.4.3.8粘接 102
3.4.3.7铆接 102
3.4.4 AFS的切削 102
3.4.3.6流体钻孔连接 102
3.4.3.5螺钉／螺母连接 102
3.4.4.1激光切削 103
3.4.4.2水射流切削 103
参考文献 103
第4章 多孔金属的特征 105
参考文献 107
4.1多孔泡沫金属的结构特征 107
4.1.1多孔金属结构特征的定义及对性能的影响 107
4.1.1.1孔的密度和体积百分数 108
4.1.1.2孔的形状和尺寸 110
4.1.2实际泡沫金属几何结构的表征方法 112
4.1.2.1样品的制备 112
4.1.2.2孔尺寸 113
4.1.2.3孔形状 115
4.1.2.4孔的取向 116
4.1.2.5孔壁和孔棱的厚度 116
4.1.2.6拓扑学特征 116
4.1.3多孔材料的显微组织表征 117
4.1.4结论 118
参考文献 119
4.2.1技术原理 120
4.2.1.1 X射线照相术 120
4.2计算机X射线层析照相术（XCT） 120
4.2.1.2 X射线层析照相术 121
4.2.2设备配置 121
4.2.2.1 中等分辨率微观层析照相术 122
4.2.2.2高分辨率微观层析照相术 122
4.2.2.3研究金属泡沫所需的分辨率 122
4.2.3实验结果 123
4.2.3.1初始孔结构 123
4.2.2.4图像重构方法 123
4.2.3.2压缩过程中孔结构的变化 124
4.2.4泡沫材料的有限元微观模拟 125
4.2.4.1真实微观结构的直接网格法 125
4.2.4.2结果 125
4.2.5结论 127
参考文献 128
4.3质量特性判定 129
4.3.1简介 129
4.3.2多孔泡沫金属的不均匀性 129
4.3.3.1多孔金属的类型 131
4.3.3.2表面和尺寸 131
4.3.3宏观参数 131
4.3.3.3表观密度 132
4.3.3.4性能 133
4.3.4微观结构特征 133
4.3.4.1金属的显微组织 133
4.3.4.2几何特征 134
4.3.4.3微观缺陷 135
4.3.5介观结构特征 136
4.3.5.1多孔结构的介观几何特征 136
4.3.6质量特征 137
4.3.5.2介观密度分布 137
4.3.7多孔结构的连续介观近似 138
4.3.7.1密度图计算 138
4.3.7.2密度不均匀性的表示 141
4.3.7.3材料模拟的介观基础 143
4.3.8质量判定标准 143
参考文献 145
第5章 材料的性能 147
5.1力学性能及其测定 150
5.1.1杨氏模量 150
参考文献 150
5.1.1.1泡沫结构的影响 151
5.1.1.2泡沫密度的影响 151
5.1.1.3变形的影响 152
5.1.2压缩性能 153
5.1.3能量吸收和抗冲击性 155
5.1.3.1能量吸收性能 155
5.1.3.2抗冲击性能 156
5.1.4拉伸性能 157
5.1.4.1拉伸性能 157
5.1.4.3泡沫材料拉伸测试过程中的特殊问题 159
5.1.4.2缺口效应 159
5.1.5扭转性能 160
5.1.6断裂性能 160
5.1.6.1裂纹的形成及扩展 161
5.1.6.2断裂韧性 162
5.1.6.3因泡沫特性而导致的测试问题 164
参考文献 164
5.2泡沫铝的疲劳性能和疲劳极限 165
5.2.1疲劳数据的文献综述 165
5.2.2.2实验结果 169
5.2.2.1材料和过程 169
5.2.2高周疲劳性能和疲劳极限 169
5.2.3裂纹形成机理 171
5.2.4结论 173
参考文献 175
5.3多孔金属的电、热和声学性能 175
5.3.1 电性能 175
5.3.2热性能 179
5.3.3声学性能 183
5.3.3.1隔声材料 183
5.3.3.2吸声材料 185
5.3.3.3结构阻尼 191
参考文献 195
第6章 模型和模拟 197
6.1多孔金属的模型分析 198
6.1.1动机 199
6.1.2多孔材料的微观力学模型：基础理论 199
6.1.2.1 分析模型和数值模型 200
6.1.2.2微观几何结构分类 201
6.1.2.3微观力学信息 202
6.1.3.1孔壁材料分布的影响 203
6.1.3微观力学模拟结果 203
6.1.3.2孔壁弯曲和褶皱的影响 206
6.1.3.3不规则结点位置的影响 207
6.1.3.4不同孔径结构的微观几何形态 208
6.1.3.5空洞及固体填充孔的影响 210
6.1.3.6孔壁破裂或残缺的影响 211
6.1.3.7屈服和坍塌面 211
6.1.3.8泡沫金属的断裂模拟 214
6.1.4介观密度不均匀性的模拟 217
6.1.5宏观模拟 219
6.1.5.1薄泡沫金属垫的低能冲击 220
6.1.5.2泡沫填充件的变形分析 222
6.1.6多孔泡沫金属的优化设计 222
6.1.7展望 224
参考文献 225
6.2真实多孔结构的介观模拟 227
6.2.1 简介 227
6.2.2三维介观模型 229
6.2.2.1弹性范围 230
6.2.2.2塑性范围 230
6.2.3.1变形带 233
6.2.3单向压缩模拟 233
6.2.3.2力学性能 235
6.2.4讨论 235
6.2.5结论 239
参考文献 239
第7章 使用性能和应用 241
7.1泡沫金属和泡沫塑料的结构应用范围 241
7.1.1简介 241
7.1.2潜在的应用范围 241
7.1.3材料性能 241
7.1.4主要构件配置 242
7.1.5应用和连接技术 243
7.1.5.1铸造 244
7.1.5.2热连接工艺 244
7.1.5.3机械连接工艺 246
7.1.5.4三维夹层件 246
7.1.5.5聚合物基多孔材料 246
7.1.6有效性 246
7.1.6.1弯曲和扭转应力 246
7.1.6.2冲击应力 248
7.1.6.3轴向载荷 248
7.1.7展望 249
7.1.6.4声学 249
7.2功能应用 251
7.2.1一般性考虑 251
参考文献 251
7.2.2生物医学移植材料 252
7.2.3过滤和分离 253
7.2.4热交换器和冷却器 253
7.2.7液流控制 255
7.2.8消声器 255
7.2.6液体的存储和传输 255
7.2.5催化剂载体 255
7.2.9喷雾器 256
7.2.10电池电极 256
7.2.11电化学应用 256
7.2.12阻火器 256
7.2.13水净化 256
7.2.14声音控制 257
参考文献 257
7.3机械工程应用 257
7.3.1.2可分离连接的连接强度 258
7.3.1参数 258
7.3.1.1热性能 258
7.3.2应用实例 259
7.3.2.1泡沫填充钢管 259
7.3.2.2机用台架 263
7.3.2.3横向滑板 264
7.3.3结论 264
参考文献 265
7.4粉末致密化发泡原型技术 265
7.4.2方法、设备、模具 266
7.4.1简介 266
7.4.2.1发泡先驱体制备 267
7.4.2.2发泡工艺 268
7.4.2.3发泡炉 268
7.4.2.4发泡模具 269
7.4.3原型技术及其应用 270
7.4.3.1汽车工业中的应用 270
7.4.3.2建造业应用 271
7.4.3.3其他技术领域的应用 272
参考文献 274
7.4.3.4不适合的应用 274
7.5用材料投资法（IMM）评估泡沫铝 275
7.5.1材料投资法（IMM）简介 275
7.5.2泡沫铝潜在应用市场的初步分析 275
7.5.3材料评估 276
7.5.3.1技术性能 276
7.5.3.2生产成本 276
7.5.4市场预测 277
7.5.4.1泡沫铝的市场规模 277
7.5.3.3能量吸收应用的最小体积和成本 277
7.5.4.2泡沫铝的市场周期 278
7.5.5价值获得 279
7.5.5.1工业结构 279
7.5.5.2利润 280
7.5.6结论：泡沫铝的材料投资方法评估 280
参考文献 281
第8章 优势、不足和机遇 282
8.1工艺 282
8.2性能 283
8.3设计和应用 285