【摘 要】
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泡沫铝因独特的结构和功能特性而具有广阔应用前景,但传统泡沫纯铝的机械强度和电磁屏蔽性能较低,通过加入增强相来提高泡沫铝的综合性能成为近些年研究的热点。碳纳米管（CNTs）具有优异的力学、物理和电学性能,被视为铝基复合泡沫理想的纳米增强相。为获得力学和电磁屏蔽性能良好的铝基复合泡沫,本文提出了制备开孔CNTs/Al复合泡沫的新工艺并优化了制备工艺参数,进一步研究了其组织和成分对复合泡沫力学和电磁屏蔽
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泡沫铝因独特的结构和功能特性而具有广阔应用前景,但传统泡沫纯铝的机械强度和电磁屏蔽性能较低,通过加入增强相来提高泡沫铝的综合性能成为近些年研究的热点。碳纳米管（CNTs）具有优异的力学、物理和电学性能,被视为铝基复合泡沫理想的纳米增强相。为获得力学和电磁屏蔽性能良好的铝基复合泡沫,本文提出了制备开孔CNTs/Al复合泡沫的新工艺并优化了制备工艺参数,进一步研究了其组织和成分对复合泡沫力学和电磁屏蔽性能的影响,全文的主要研究内容和结论如下。本文采用“预分散-球磨法”制备了CNTs/Al复合粉末,进而采用填加造孔剂法制备了开孔CNTs/Al复合泡沫,结果表明:在两性离子表面活性剂、超声和磁力搅拌的预分散作用下,CNTs被均匀分散吸附在铝粉表面。在球磨作用后,CNTs得到进一步分散,并嵌入到铝基体内部,球磨过程对CNTs的结构损伤较小;最佳球磨转速为500 rpm,最佳球磨时间与CNTs含量呈线性关系。CNTs/Al复合泡沫组织致密,结构缺陷少。研究了CNTs对复合泡沫的压缩吸能性能和变形失效行为的影响,结果表明:复合泡沫的压缩吸能性能随着CNTs含量的增加呈先增加后下降的趋势,2.0 wt%CNTs/Al复合泡沫的性能最佳,其屈服强度、平台应力和能量吸收值分别为18 MPa、22.5 MPa和16.6 MJ/m~3,较泡沫纯铝的分别提高了80%、15%和11.3%。泡沫纯铝在压缩过程中主要表现为孔壁的弯曲、屈曲以及变形带的逐层压溃,呈韧性变形压溃失效。CNTs/Al复合泡沫在压缩载荷下为剪切断裂,多条变形带连通致使复合泡沫分裂,呈脆性断裂失效。进一步研究了孔隙率和CNTs含量对复合泡沫电磁屏蔽性能的影响,结果表明:孔隙率的降低提高了泡沫铝的电磁屏蔽性能;随着CNTs含量的增加,复合泡沫电磁屏蔽性能先增后减,2.0 wt%CNTs/Al复合泡沫达到最大值,在X波段（8.2～12.4 GHz）内的电磁屏蔽效能达到30～40 d B,其以吸收损耗为主屏蔽机制。CNTs/Al复合泡沫的电磁屏蔽机制为第一界面反射损耗、孔壁间多重反射损耗、泡孔间多重反射损耗、吸收损耗、涡流损耗和因缺陷引起的损耗。
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