德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会北京代表处
硅藻为填料的金属基复合材料

含生物硅的沉积物硅藻土主要由硅藻的化石细胞壳组成。可以从自然界大量获取并用来做复合材料的原料。

 

如果顺利,100微米的圆柱形硅藻土能均匀地嵌入金属基体中,可以有针对性地调整复合材料的机械性能。

 

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微结构分析用于优化复合材料设计

设计这种复合材料需要对几何学和使用的硅藻机械性能有细致的了解。借助不同的成像手段(相关显微镜)能够得到对复合材料较为全面的3D分析。

在硅藻土(化石细胞外膜)纳米X射线断层扫描数据的基础上模拟的MMC-数据记录

纳米X射线断层扫描适合用来制成单个硅藻的高分辨率3D图像,结合实时动态载荷试验,可以获取破裂单个细胞壳的力。这些数据是支持项目进行材料模拟的起点。一方面可以对应力分布和细胞壳间孔隙构成进行模拟,另一方面可以通过断层扫描数据直接建构大型的FE-模型。在软件支持下建构起具有不同填料的模型能够估测出它们的机械性能,利用这个结果可以有针对性的制造传感器探头。

在垂直原位压缩测试期间拍摄的一组两个堆叠的硅藻壳

 

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硅藻的预处理

为了使硅藻在金属基复合材料中尽可能大小相等且形成被细胞壳围住的微孔,需要对硅藻土进行清洁,去除碎片和异物。对此湿筛很有优势,因为它相比于干筛在筛完之后碎片更少且团块能被仔细地分开。

这样预处理过的硅藻接下来能与铝粉混合,通过放电等离子烧结(SPS)加工成一种结实的复合材料。除了粉末冶金工艺之外,目前还进行了熔融金属法工艺。硅藻和基体金属在熔融状态下进行混合。

具有铝基体和 30%(体积)硅藻土的 MMC 断裂表面的 SEM 图像

以上结果由德国波兰科奈特项目MECODIA与比亚威斯托克大学联合提供。