原位生长陶瓷增强泡沫铝的形成机理及压缩特性

本项目开发了新的（近）球形孔通孔泡沫铝的制备工艺，并采用微弧氧化技术在球形孔通孔泡沫铝内外表面原位生成了氧化铝陶瓷层，制备出了新型陶瓷增强泡沫铝。研究了微弧氧化膜层在泡沫铝表面的原位生长特性，并阐明了膜层的生长动力学。获得了泡沫铝的结构特征（孔隙率和孔径）对陶瓷层组织结构的影响规律，并探讨了其相关机理。从宏观和微观两个方面阐明了陶瓷增强泡沫铝的压缩行为及其失效机理，并得出其能量吸收特性的影响规律。依托本项目，申报了国家发明专利1项，发表了科研论文10余篇，项目的研究成果可提高泡沫铝的结构功能一体化特性，为其在汽车、航天等领域的应用提供科技支撑。

实现泡沫铝的轻质高性能化是具有科学内涵的研究课题。本项目以金属-陶瓷复合化为主要科研思路，采用微弧氧化法在通孔泡沫铝表面原位生成陶瓷层，形成外强内韧的新型陶瓷增强泡沫铝。研究陶瓷层的成分、组织、结构的影响因素及演变规律，阐明陶瓷层在泡沫铝外表面及内表面的原位生长特性及陶瓷层的生长动力学，探讨通孔泡沫铝的结构特征（孔隙率和孔径）对微弧氧化陶瓷层原位生长行为的影响及机理。研究陶瓷增强泡沫铝在压缩载荷下的压缩性能及能量吸收特性，探讨陶瓷增强泡沫铝的宏观失效机理及微观失效机理，揭示其能量吸收特性影响规律，阐明陶瓷层对泡沫铝的力学作用机理。本项目的开展可揭示陶瓷增强泡沫铝的形成、组织结构与压缩特性间的内在规律，为泡沫铝的设计和应用提供科学理论依据。

陶瓷增强体的种类、形貌（晶须或颗粒）、尺寸是影响金属基复合材料（MMCs）性能的关键共性基础科学问题。本项目研究具有不同形貌与尺寸的原位自生陶瓷颗粒与晶须对钛基复合材料（TMCs）的混杂增强效应与机理。研究原位自生增强TMCs的制备工艺，分析增强体的形貌、尺寸等因素对复合材料微观组织和各项力学性能的不同影响；从材料学的角度出发，研究原位自生颗粒与晶须对TMCs材料的混杂增强效应，并探讨其混杂增强机理；结合计算机数值模拟分析方法建立混杂增强效应对材料不同性能的影响模型，揭示混杂效应与材料力学性能之间的内在联系与规律性。本项研究将对TMCs性能优化起重要指导作用，为采用材料设计的思想制备高性能TMCs提供理论基础与指导，对促进钛基复合材料的发展与应用有重要意义，并对其它颗粒增强金属基复合材料的设计与制备具有参考与借鉴意义。 2100433B

煤自燃的临界温度是煤低温氧化向快速氧化转变的特征点，是认识和评价煤自燃特性的关键参数，也是煤炭自燃灾害防治中的关键阶段。针对现有的单参数测试手段与研究方法的不足，本项目创新地采用原位技术实时在线测试临界温度段（50～130℃）的气体产物、耗氧量、产热量、官能团与自由基浓度等参数随氧化时间与温度的变化，研究该阶段煤自燃的产热产物动力学模型，官能团与自由基浓度变化之间的关系，影响临界温度的关键因素等；结合量子化学软件对不同煤种不同活性官能团反应过程的计算模拟，综合分析各测试参数之间的内在联系，推导煤临界温度段不同官能团的氧化反应步骤及各反应步骤的产物和产热量。在此基础上建立煤自燃临界温度变化前后的氧化动力学反应模型，揭示煤自燃临界温度的特性及形成机理。研究成果对深入认识煤自燃机理具有重要的科学意义，也对指导煤炭自燃防治具有重要的现实意义。