由于高科技技术的迅速发展,因此,对材料性能、结构等方面的要求也随着提高,朝着轻质化和其他多种优良特性相结合的先进功能材料和结构材料发展以满足不同领域对材料的应用需求。通过对多孔钛制备的工艺参数和结构进行优化,为实现对高性能多孔金属制备提供理论基础和依据。本实验均在真空度为10-1 Pa,烧结温度为1250℃,烧结时间为2 h的实验条件下采用粉末冶金混合元素法制备多孔钛,通过添加不同含量的Fe V80粉末和碳粉以及高能球磨原料预处理对多孔钛孔隙结构、微观组织和抗压性能的影响作了系统的研究。利用Comsol Multiphysics有限元模拟软件研究了多孔材料孔隙特征(隙率、孔径大小、孔的形貌)对材料弹性模量的影响,通过与Nielsen模型理论计算比较,来对多孔材料机械性能做评估和预测,其主要结论如下:①按照Ti-x C、Ti-x Fe V80设计的不同配比通过高能球磨对混合原料进行预处理磨制60min后,经激光粒度检测,细化了粒度,有部分颗粒发生团聚现象,同时增加了原料表面的粗糙度,经物相分析,原料没有其它新物相的生成。②通过在钛粉中添加不同含量碳粉以及球磨工艺的加入对材料结构和性能的影响做了考查。结果表明:随着含碳量的增加,孔隙率呈现出减小的趋势,当含碳量增加到2.5wt%时,孔隙率急剧增大。添加碳粉后,从XRD检测结果表明,基体有Ti C物相的生成。③通过预处理后的原料而制备多孔钛材料,烧结坯更为致密化,熔化过程更为明显,颗粒间结合程度更好。当含碳量达到1.5 wt%、2 wt%时,其应力应变曲线几乎保持一致,其初始屈服强度分别为339.8 MPa、331.8 MPa,2 wt%比1.5 wt%时其强度略有下降。当含碳量添加到2.5 wt%时,其初始屈服下降到195.1 MPa。当原料未经预处理,纯钛烧结制得的多孔钛时,其初始屈服强度为143 MPa,碳含量添加到1 wt%时,初始屈服强度为182 MPa,碳含量增加到2.5 wt%时,初始屈服强度下降到141 MPa。④实验通过在钛粉中添加不同含量碳粉以及球磨工艺加入对材料结构和性能的影响作了研究,结果表明适量Fe V80的添加,对材料孔隙结构起着致密化作用。添加Fe V80后对制得的烧结坯做XRD检测结果表明:基体有TixVy(x+y=1)物相的生成。原料预处理后,纯钛烧结制得的烧结坯,其初始屈服强度为184.7MPa,随着Fe V80含量的增加,当含量增加到12 wt%时,其强度为281.4MPa,增加到16 wt%时,其强度略有下降,为277.3 MPa。而未预处理的原料,当纯钛烧结时,其初始屈服强度为143.6 MPa,当添加8wt%Fe V80时,初始屈服强度增加到201.8 MPa,当继续添加到12 wt%、16 wt%时,其强度略有降低,分别为194.6 MPa、198.2 MPa。⑤通过Comsol计算不同孔隙特征对多孔钛弹性模量的影响,并与Nielsen模型计算结果作了对比。结果表明:当孔隙率从28.3%增加到72.3%时,其弹性模量从30.8 GPa降低到15.9 GPa。通过模拟结果拟合出了Nielsen模型中n=2.4,Nielsen计算结果结果表明,当孔隙率从28.3%增加到72.3%时,弹性模量从49.1GPa降到5.02 GPa。表明弹性模量随着孔隙率的增加而降低。当形状因子和孔隙率一定(形状因子p=1,孔隙率v=0.5),孔径从0.1mm增大到0.5mm时,其有效弹性模量从26.4 GPa降低到25.9 GPa,结果表明孔径在一定的范围内,对弹性模量的影响很小。当孔隙率为50%时,形状因子从1减小到0.746,弹性模量从24.7GPa降低到17.8 Gpa。通过Nielsen计算结果表明,当形状因子从1减小到0.746时,弹性模量从20.6 GPa降低到17.6 GPa。