Παραγωγή και έλεγχος ιδιοτήτων πορωδών υλικών:
Creators: name: Στεργιούδη, Φανή Γ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: Πορώδη μέταλλα
Καστανή ζάχαρη
Μοντελοποίηση πεπερασμένων στοιχείων
Μηχανικές ιδιότητες
Porous metals
Raw cane sugar
FEM Modeling
Mechanical properties

description: Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη και βελτιστοποίηση διαδικασίας παραγωγής αφρών με οικονομική και περιβαλλοντικά φιλική μέθοδο ώστε οι παραγόμενοι μεταλλικοί αφροί να εμφανίζουν μεγάλη ομοιογένεια στο μέγεθος των πόρων και αυξημένη ομοιομορφία στην κατανομή τους εντός του μητρικού υλικού, χαρακτηριστικά τα οποία προσδίδουν σημαντική βελτίωση αλλά και επαναληψιμότητα στις ιδιότητες του τελικού πορώδους προϊόντος. Για την επίτευξη του παραπάνω στόχου, χρησιμοποιήθηκε η διαδικασία υδατοδιάλυσης-πυροσυσσωμάτωσης για την παραγωγή μεταλλικών αφρών αλουμινίου χρησιμοποιώντας ως καινοτόμο πληρωτικό μέσο κρυσταλλική ακατέργαστη καστανή ζάχαρη. Επιπροσθέτως διερευνάται, τόσο πειραματικά όσο και αναλυτικά με Μεθόδους Πεπερασμένων Στοιχείων (FEM), η μηχανική συμπεριφορά και οι μηχανισμοί παραμόρφωσης των κελιών των παραγόμενων αφρών υπό θλιπτικά φορτία.Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας εξετάζεται η δυνατότητα ταυτόχρονης ενανθράκωσης και παραγωγής πορώδους αλουμινίου χρησιμοποιώντας την καστανή ζάχαρη ως πληρωτικό αλλά και ενανθρωτικό μέσο και θα αξιολογηθεί επίσης η επίδραση της ενανθράκωσης στη μηχανική και διαβρωτική συμπεριφορά του πορώδους αλουμινίου. Η δημιουργία της τρισδιάστατης γεωμετρίας των πορωδών υλικών, η οποία είναι απαραίτητη για τη διεξαγωγή FEM προσομοιώσεων αλλά και για το τρισδιάστατο χαρακτηρισμό των πορωδών υλικών, επιτεύχθηκε με χρήση αξονικού τομογράφου ακτίνων-Χ. Η βελτιστοποίηση της παραγωγικής μεθόδου των αφρών με την τεχνική κονιομεταλλουργίας στοχεύει κυρίως στον καλύτερο έλεγχο της διαδικασίας για την παραγωγή υψηλής ποιότητας αφρών ανοικτού κελιού με στόχο την επαναληψιμότητα και την προβλεψιμότητα των ιδιοτήτων των παραγόμενων αφρών. Η κρυσταλλική καστανή ζάχαρη η οποία χρησιμοποιήθηκε ως υδατοδιαλυτόπληρωτικό μέσο είναι φθηνή, χημικά σταθερή σε επαφή με το μητρικό και δεν διαβρώνει τον μεταλλικό υλικό του αφρού. Η μέθοδος είναι ελκυστική και περιβαλλοντικά φιλική δεδομένου ότι δεν οδηγεί σε επικίνδυνα παραπροϊόντα ή εκπομπές και δεν απαιτεί την εφαρμογή τοξικών, εύφλεκτων ή εκρηκτικών υλικών σε κανένα στάδιο της παραγωγικής διαδικασίας. H προσομοίωση των μηχανικών ιδιοτήτων της πραγματικής τρισδιάστατης γεωμετρίας του αφρού συμβάλλει σημαντικά στην κατανόηση των μηχανισμών παραμόρφωσης αλλά και στη θέσπιση συσχέτισης μεταξύ της δομής και των μηχανικών ιδιοτήτων διευκολύνοντας τον τελικό σχεδιασμό και ανάπτυξη των αφρών. Επιπροσθέτως για πρώτη φορά επιτεύχθηκε διαδικασία ταυτόχρονης ενανθράκωσης και παραγωγής πορωδών υλικών σε ένα παραγωγικό στάδιο με τη χρήση της κρυσταλλικής ακατέργαστης καστανής ζάχαρης ως πληρωτικό και ενανθρακωτικό μέσο. Το παραγόμενο ενανθρακωμένο πορώδες προϊόν εμφανίζει ομοιόμορφο στρώμα άνθρακα στην εξωτερική επιφάνεια αλλά και στους εσωτερικούς πόρους βελτιώνοντας τη διαβρωτική συμπεριφορά του. Πλεονεκτήματα της μεθόδου είναι ο σημαντικός έλεγχος της διαδικασίας ενανθράκωσης, η οποία επιτυγχάνεται σε χαμηλές θερμοκρασίες (400 οC).
description: A space-holder method using crystalline raw cane sugar, as a novel leachable pattern for manufacturing open-cell metal foams is described. Raw cane sugar, can be used as a new space-holder material for manufacturing metal foams with theoretical porosities in the range of 40-75%. Advantages of this method comprise considerable control of the pore size, density and the internal architecture of the foam. The influence of the process parameters (mixing procedure, compaction pressure, dissolution process, ratio of initial powders, sintering temperature and atmosphere) on the microstructure of the produced foams is investigated to optimize the process conditions and produce high quality Al-foams with tailored porous structures. The proposed method is attractive and environmentally friendly, given that it does not lead to any dangerous by-products or emissions and does not employ any toxic, flammable or explosive material. As an additional benefit, is capable of producing low-cost, net-shape metal foams with tailored distribution of pore size or relative density.The mechanical behavior of the produced Al-foams is investigated experimentally and analytically through a developed Finite Element Method simulation of compression tests using the real porous geometry, obtained via computed tomography. The developed FEM simulation enabled the determination of local deformation mechanics. A critical relative density ρ/ρs = 0.40 is determined evidential of the change in the deformation mode of the cell struts. Substantial improvements in energy absorption behavior are possible by reducing the pore size of the foam and relative density, improving the pore size uniformity and increasing sintering temperature.The effect of the macro and micro-structure of the produced foams in thereproducibilityand predictability of compressive properties is also examined. The feasibility for carburized foam production in an one step-process using crystalline raw cane sugar is among the advantages of the proposed porous production methodology. The considerable control of carburization process conducted at relatively low temperature (400 oC) leads to enhanced corrosion behaviour of the porous materials.