Kogud

Looduse inspireeritud, kuid nii karm kui raud: milleks kasutatakse metallvahtu?

Looduse inspireeritud, kuid nii karm kui raud: milleks kasutatakse metallvahtu?

Loodusest inspireerituna ja metallide tugevuse ühendamisel on metallvahtudel tööstuses palju huvitavaid rakendusi. Neid saab valmistada mitmesugustest metallidest ja need on tavaliselt uskumatult kerged ja tugevad.

Siin uurime, mis on metallvahud, kuidas neid valmistatakse, ja vaatame kiiresti, kus neid kasutatakse.

SEOTUD: 9 HUVITAVAT MATERJALI, MIS VÕIVAD VÕIMALDADA TULEVIKU

Millest tehakse metallvaht?

Metallvahtidel on rakuline struktuur, mis koosneb tahkest metallist (näiteks alumiiniumist) ja paljudest gaasiga täidetud pooridest. Poorid võivad olla suletud (suletud rakuga vaht) või omavahel ühendatud (avatud rakuga vaht). Metallvahud on uskumatult kerged, samas väga tugevad. Nende rakuline struktuur sarnaneb loodusmaailmas sageli esinevate asjadega nagu luu, puit või isegi merekäsnad.

Metallvahud kipuvad olema valmistatud alumiiniumist, kuid neid saab moodustada mitmesugustest muudest metallidest, sealhulgas titaan, tantaal, vask, tsink või plii.

Nendel metallilistel rakustruktuuridel on suure osa gaasiga täidetud pooridest.

"Need poorid võivad olla kas suletud (suletud raku vaht) või need võivad olla omavahel ühendatud võrk (avatud raku vaht). Suletud rakuga vahtule viidatakse kui metallvahule, avatud rakule aga lihtsalt poorse metallina ", kirjutab azom.com.

Metallvahtudel on mõned väga olulised põhijooned, mis muudavad need muu hulgas eriti kasulikuks ka materjaliteadlaste jaoks.

Metallvahtude peamised omadused on järgmised (krediit azom.com-ile):

  • Ultrakerged materjalid (75–95% mahust koosneb tühikutest),
  • Väga kõrge poorsusega,
  • Kõrge survetugevus koos heade energiaimavustunnustega,
  • Soojusjuhtivus on madal ja
  • Suur tugevus.

Milleks kasutatakse metallvahtu?

Metallvahtudel on erinevaid rakendusi. Need ulatuvad ehitusmaterjalidest kuni biomeditsiiniliste lahendusteni.

Mõned tähelepanuväärsed näited on järgmised (viisakalt saidil azom.com):

  • Suletud sorti kasutatakse konstruktsioonirakendusteks, mis nõuavad kandvaid omadusi, ning kaalu säästvate ja lööke neelavate konstruktsioonide jaoks sõidukites.
  • Avatud sort on ideaalne vibratsiooni ja heli neeldumiseks, filtreerimiseks ja katalüüsimiseks kõrgel temperatuuril, soojusvahetuseks ja meditsiiniseadmetes.
  • Avatud sort on kasulik ka funktsionaalsetes rakendustes, näiteks filtreerimisel ja summutamisel.
  • Vahtmetalli kasutatakse loomadel katselise proteesina.
  • Suure tugevusega metallvahud võivad toimida suure võimsusega löögienergia neelajatena.
  • Autotööstuses kasutatakse vahte autoraami osade arvu vähendamiseks, kokkupaneku hõlbustamiseks, vähendades seeläbi kulusid ja parandades jõudlust.

Kuidas valmistatakse metallvahtu?

Metallist vahtmaterjalid moodustatakse mitmete sammude kaudu. Esiteks vahustatakse metallisulad, tekitades sulametalli gaasimulle.

Kuna gaasimullid on vähem tihedad ja suurema ujuvusega kui metallisulam, tõusevad nad pinnale. Selle peatamiseks suurendatakse sulametalli tihedust, et sulamil õhumullid kinni hoida.

Selle saavutamiseks kasutatakse sageli peenekeraamilisi pulbreid või sulametallis olevate osakeste stabiliseerimiseks kasutatakse legeerelemente.

Gaasimullide sisseviimist saab teha ühe kolmest meetodist. Kõige sagedamini kasutatakse neid (krediit azom.com-ile):

  • Gaasi süstimine vedelasse metalli väljastpoolt.
  • Põhjendades vedelikus äsja lahustunud gaasi sadestumist.
  • Gaasis in situ tekkiva vedeliku tekitamine gaasi vabastavate puhumisainete segamisel sulatisse.

Metallpulbrit või -laaste võib segada ka titaanhüdriidi või muude lõhkeainetega ja kuumutada üle metalli sulamistemperatuuri. Seejuures eraldub gaasiline vesinik, mis segu vahutab.

Milleks kasutatakse titaanvahtu?

Titaanmetallvaht on väga madala tihedusega, läbilaskev materjal, millel on palju rakendusi. Selle iseloomulikud omadused on selle väga kõrge poorsus (75–95 mahuprotsenti), mis koosneb enamasti tühjadest ruumidest.

Seda uskumatult tugevat metallvahtu kasutatakse sageli:

  • soojusisolatsioon,
  • heliisolatsioon,
  • keskkonna saasteainete adsorptsioon,
  • sulametallisulamite filtreerimine ja
  • suurt sisepinda vajavate katalüsaatorite substraadina.

Titaanvahul on ka mõned muud piiratud meditsiinilised rakendused. Mõned teadlased on proovinud seda kasutada ülitugeva implantaadina kaotatud või kahjustatud luu asendamiseks.

"TiFoami projektis keskendusid uurimispartnerid titaanvahu elujõulisuse demonstreerimisele defektsete selgroolülide asendamiseks. Vaht sobib võrdselt ka teiste tugevalt stressis olevate luude parandamiseks," märgib fraunhofer.de.

Kas alumiinium on poorne metall?

Mõned alumiiniumvormid on tõepoolest poorsed. Neil on mõningaid sarnasusi metallvahuga, st nad on mõlemad gaase ja teatud vedelikke läbilaskvad, kuid on ka mõningaid suuri erinevusi.

Peamine erinevus on tootmisprotsessis. Poorne alumiinium moodustub metalli valamisel koos kristallisoolaga soovitud kuju.

Pärast vormimise lõppu pestakse sool välja. See protsess lahustab ja eemaldab soola. Alad, mis sisaldasid soolaterasid, jäid protsessi järgselt pooridena.

Sellel poorsel alumiiniumil on metallvahtude ees mõningaid eeliseid. Näiteks on metallvahtude tootmise üks peamisi raskusi õige metalli ja lõhkeaine kombinatsiooni leidmine. Teine raskus on nende kuumutamiseks õigete temperatuuride ja aegade leidmine, et saada vajalik vaht.

Seetõttu on raske ennustada, kuidas poorsus, pooride suurus ja pooride jaotumine kujunevad.

"Nendel põhjustel on poorne alumiinium oma lihtsa tootmistehnoloogiaga väärtuslik alternatiiv. Lai valik täpselt määratletud filtriklasse alates 5 µm kuni 250 µm oskab rakendust täpselt eristada. Eriti tugev valatud liides poorsete ja mittepoorsete osade vahel avab laia valikut erinevaid rakendusi, "nendib porous-aluminium.com.

Mõned poorse alumiiniumi ja metallvahu vahelised erinevused on järgmised, vastavalt porous-aluminium.com-le:

  • Lai valik täpselt määratletud filtriklasse alates 5 µm kuni 250 µm,
  • Eriti tugev valatud liides poorsete ja poorsete osade vahel,
  • Äärmiselt tugev tänu valatud struktuurile,
  • Lihtne järeltöötlus (nt keermestamine) ja
  • Tasuv tootmistehnoloogia.

Kas roostevaba teras on poorne?

Roostevaba teras ei ole oma olemuselt poorne, kuid saab luua poorset roostevaba terast. Näiteks suutis Universidade Federal de São Paulo teadlaste rühm toota poorset roostevabast terasest meditsiinilistel eesmärkidel.

"Austeniitseid roostevabast terasest kasutatakse sageli biomeditsiinilistes rakendustes, näiteks ortopeedilistes implantaatides, selliste omaduste tõttu nagu kõrge korrosiooni- ja väsimuskindlus ning kõrge murdemiskindlus. Lisaks bioloogilisele ühilduvusele on need omadused olulised ka biomeditsiinilise materjali valimisel ja kohandamisel. rakendused, "märgib materjaliuuringute artikkel researchgate.net-is.


Vaata videot: Koufonissi saar, top rannad ja vaatamisväärsused, Küklaadid. eksootiline Kreeka (Mai 2021).