多孔材料具有超低重量，高比刚度，低导热率和高冲击能吸收率等特性。例如，多孔材料可以在几乎恒定的载荷下吸收大量的冲击能量，且应力-应变曲线表现较为平稳。但是由可延展金属组成的孔壁在压缩过程中会因弯曲变形而发生应变硬化从而降低了能量吸收性能。为了进一步提升多孔材料的吸能性能需要对压缩过程中的应变硬化进行控制研究。
日本名古屋大学通过粉末反应烧结制备了具有不同Al3Ti相含量的多孔Al/Al3Ti/Ti复杂材料。研究了烧结温度和时间对多孔结构，孔壁微观结构和压缩性能的影响。相关论文以题为“Microstructure and compressive properties of porous hybrid materials consisting of ductile Al/Ti and brittle Al3Ti phases fabricated by reaction sintering with space holder”于3月3日发表在MaterialsScience & Engineering A。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509320300897
研究人员使用真空高温烧结的方法制备多孔材料，Al与Ti的原子比例为3:1。研究发现随着孔隙率的降低，应变硬化变得更加明显。NaCl造孔剂的添加量对材料的孔隙率产生主要影响，不同的烧结温度与时间对孔隙率无影响。Al3Ti相生成于α-Al和α-Ti相之间的界面处，通过Al，Al3Ti和Ti相之间的固-固反应生长。烧结温度越高，Al3Ti相的生长越快，Al3Ti相的生长导致孔壁上出现部分孔和裂纹。随Al3Ti相面积分数的增加，孔壁的孔隙率增加。
图2 不同烧结温度和时间下孔壁的微观结构
多孔Al/Al3Ti/Ti材料在600℃烧结1800s时具有较大的应变，此时Al3Ti相的面积分数约为70%，材料的能量吸收能力和效率较高。多晶Al3Ti相在室温下不会表现出塑性变形性，Al3Ti的脆性抑制了孔壁的应变硬化。所以为了提高多孔材料的能量吸收能力和效率，有效的措施是将脆性金属间化合物用作基质，同时尽可能多的保留韧性相。
现阶段大多数多孔材料呈现出锯齿状或不稳定的变形区域，流动应力低，从而导致能量吸收能力下降。本研究中脆性与韧性相混合的多孔材料由于脆性基体的变形性差而没有表现出应变硬化，能够阻止在韧性相处的裂纹扩展进而抑制流动应力的减小，所以金属间化合物基质与韧性相的混合能够有效提高多孔材料能量吸收能力和效率。
综上所述，研究人员通过粉末反应烧结制备了具有不同脆性Al3Ti相分数的多孔Al/Al3Ti/Ti材料，得出最佳制备工艺为600℃烧结1800s，此时Al3Ti相面积分数为70%。在多孔Al/Al3Ti/Ti材料中，Al3Ti相基质通过脆性断裂抑制了孔壁的应变硬化，而Al相能够阻止裂纹扩展进而抑制了流动应力的下降。该研究获得的脆性与韧性相混合的多孔材料相较于现有大部分多孔材料具有更高的冲击吸收性能和吸能效率，有望作为吸能构件，扩展多孔材料的应用领域。（文：破风）
