Ανάπτυξη και αξιολόγηση ιδιοτήτων μεταλλικών αφρών
Creators: name: Παπαδόπουλος, Δημήτριος Π.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2008
Subjects: Αφροί ανοικτού κελιού
Αφροί κλειστού κελιού
Δολομίτης
Επιφάνειες θραύσης
Opened cell foams
Closed cell foams
Dolomite
Fracture mechanism

description: Η παρούσα διατριβή αφορά την ανάπτυξη και την αξιολόγηση των ιδιοτήτων μεταλλικών αφρών αλουμινίου. Αρχικά παρασκευάσθηκαν με την μέθοδο της υγρής μεταλλουργίας μεταλλικοί αφροί αλουμινίου κλειστού κελιού με χρήση υδριδίου του τιτανίου ως παράγοντα αφροποίησης και αξιολογήθηκαν οι ιδιότητες τους από άποψη δομής και μηχανικής συμπεριφοράς, με σκοπό την κατανόηση των μηχανισμών της φυσικοχημικής διεργασίας της αφροποίησης καθώς και των ιδιοτήτων του υλικού με την επιβολή φορτίων. Στη συνέχεια παρασκευάστηκαν μεταλλικοί αφροίαλουμινίου με χρήση ορυκτού δολομίτη σε μορφή πούδρας και παρήχθησαν μεταλλικοί αφροί κλειστού κελιού. Αφού χαρακτηρίσθηκαν τα πρόδρομα υλικά, στην συνέχεια αξιολογήθηκαν οι ιδιότητές του παραγόμενου μεταλλικού αφρού τόσο στην δομή όσο και στις μηχανικές ιδιότητες. Βρέθηκε ότι ο δολομίτης μπορεί να αποτελέσει καινοτόμο παράγοντα στην τεχνολογία των μεταλλικών αφρών με την διαδικασία να πραγματοποιείται σε ένα στάδιο καθόσον ο ρόλος του δολομίτη είναι διττός: αποτελεί παράγοντα σταθεροποίησης και αφροποίησης του μεταλλικού αφρού. Η χρήση του δολομίτη δεν παράγει τοξικά ή εκρηκτικά προϊόντα και η διαδικασία συντελείται σε βραδύτερους ρυθμούς σε σχέση με τους αφρούς υδριδίου του τιτανίου γεγονός που επιτρέπει καλύτερη και απλούστερη διαχείριση της παραγωγικής διαδικασίας μειώνοντας σημαντικά το κόστος. Ακολούθησε η μελέτη της επίδρασης των συνθηκών ανάδευσης στην απορρέουσα δομή τουαφρού και η κατανόηση της επίδρασης της θερμοκρασίας αφροποίησης στις μηχανικές ιδιότητες. Επίσης έγινε προσπάθεια μοντελοποίησης των μηχανικών ιδιοτήτων των αφρών και σύγκριση με τα υπάρχοντα μοντέλα. Εδώ εξετάσθηκε και η ερμηνεία των διαγραμμάτων τάσης-παραμόρφωσης σε εφελκυσμό και θλίψη, των οποίων η μορφή φαίνεται ότι εξαρτάται από την θερμοκρασία της παραγωγικής διαδικασίας. Τέλος μελετήθηκε η μορφολογία των επιφανειών θραύσης για τηνκατανόηση του μηχανισμού αστοχίας των μεταλλικών αφρών. Στην συνέχεια παρασκευάσθηκαν μεταλλικοί αφροί ανοικτού κελιού αλουμινίου με χρήσηκόνεων και συνδετικών υλικών με σκοπό την δημιουργία παχύρρευστων μειγμάτων (slurries) σε συνθήκες ατμοσφαιρικής πίεσης. Αρχικά επιλέγεται πολυμερικό υλικό τρισδιάστατης δικτυωτής δομής, το οποίο υφίσταται διαποτισμό σε πρώτο στάδιο εντός μείγματος αλάτων και μετάλλου προκαθορισμένης σύστασης και σε δεύτερο στάδιο απομακρύνεται με θερμική κατεργασία. Έπειτα πυροσσυσωματώνεται με σκοπό την βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων του. Μελετήθηκαν τρόποι βέλτιστης εφαρμογής του μείγματος στον πολυμερικό αφρό με σκοπό την βελτίωση των ρεολογικών ιδιοτήτων για την παραγωγή πιστότερου αντίγραφου. Βρέθηκε ότι η απορρέουσα δομή δεν παρουσιάζει ατέλειες μακροσκοπικά και οι στυλίσκοι είναι ενωμένοι μεταξύ τους. Τέλος έγινε μεταλλογραφική ανάλυση με σκοπό την μελέτη της δομής και αξιολογήθηκαν οι μηχανικές ιδιότητες του αφρού
description: The current dissertation is a research on the development and evaluation of the characteristics of metallic aluminium foam. First, with the method of liquid metallurgy, metallic aluminium foams closed cell were produced, with the use of titanium hydride as a factor of foaming. The attributes from thepoint of structure and mechanical behaviour were evaluated targeting to the understanding of the mechanism of the physicochemical process of foaming. Also the attributes of the material were investigated with apply of loads. Furthermore aluminium metallic closed cell foams were produced using mineral dolomite in fine powder form. After the characterisation of the precursor materials, the properties of the produced metallic foam were evaluated, based on the structure and the mechanical properties. It was found that dolomite can be an innovative factor in the metallic foam technology with the process being performed in one stage. The role of dolomite is twofold since it is a factor of stability and foaming of the metallic foam. The use of dolomite doesn’t produce toxic or explosive products and the whole procedure is performed on lower rates in comparison with aluminium hydride. The latter contribute to the better management of the production together with the reduction of the cost. Additionally the study of the effect of the stirring conditions was performed in the final structure of the metallic foam and the comprehension of the effect of the foaming temperature on the mechanical properties. Also an effort was made to model the mechanical properties of the metal foams and acomparison with the existing models. Furthermore it was found that the stress-strain plot study depends on the foaming temperature. Finally the morphology of the structure surfaces was investigated in order to understand the failure mechanism of the metallic foam. In the second part, open cell aluminium metallic foams were produced using powders and binder materials targeting to the production of slurries in room temperature. Initially 3D polymeric foam waschosen and immersed in salt and metal slurry and afterwards it was removed with thermal procedure. The last step is sintering procedure in order to improve properties. Some ways of improving the apply of the slurry on the polymeric foam was studied in order to improve the rheological properties. It was found that the final structure doesn't present defects in macroscopic way and the struts are connected. Finally there was a metallographic examination was performed aiming to the study of the structure and the mechanical properties of the metallic foam were evaluated