1. Што такое металічная пена і алюмініевая пена
На працягу гісторыі адкрыццё ўспененага металу стала важнай вяхой у рэвалюцыі ўсёй галіне матэрыялабудавання. Пенапласт - гэта матэрыял, які складаецца з металічнай структуры, якая мае вялікую колькасць пор і запоўненая газам уздоўж структуры [2]. Поры гэтых металічных пенапластаў могуць быць злучаныя паміж сабой або зачыненыя і называюцца пенапластам з адкрытымі ячэйкамі і пенапластам з закрытымі ячэйкамі адпаведна, як паказана на малюнку 2(a)(b) [3]. Сярод іх успенены алюміній у цяперашні час з'яўляецца найбольш перспектыўным пенапластам з-за яго высокай сітаватасці, нізкай шчыльнасці, лёгкай вагі, высокай трываласці, добрай сціскальнасці, моцнага паглынання ўдараў, добрага гукапаглынання і добрага электрамагнітнага экранавання. Выдатная прадукцыйнасць, таму вядомая як «металічная зорка» [4], шырока выкарыстоўваецца ў іншых метадах апрацоўкі ў галіне аэракасмічнай тэхнікі, вытворчасці і фізічных навук.
Малюнак 2. Структурныя характарыстыкі ўспененага алюмінію: (а) успенены алюміній з адкрытымі ячэйкамі; (B) Алюмініевая пена з закрытымі ячэйкамі [3]
2. Адкрыццё ўспененага алюмінію
На працягу ўсёй гісторыі такія матэрыялы, як косць, дрэва і пемза, шырока выкарыстоўваліся на працягу доўгага часу. Многія даследчыкі прагназуюць, што карыснасць гэтых матэрыялаў спрыяла вытворчасці штучных матэрыялаў, такіх як пенапласт. Хоць большасць тэхналогій успеньвання, якія выкарыстоўваюцца ў цяперашні час, былі прапанаваны з 1950-х гадоў, даследаванні паказалі, што адкрыццё ўспененага алюмінію можна аднесці да 1926 года, калі Ма Дэ Мелер упершыню згадаў успеньванне металу ў французскім патэнце. Аднойчы Меллер выказаў здагадку, што працэс успеньвання металу можа быць дасягнуты шляхам увядзення ў расплаўлены метал інэртнага газу або выкарыстання ў расплаўленым метале пенаўтваральніка, напрыклад карбанату. Хоць гэта толькі патэнт, заснаваны на гэтай ідэі, ён закладвае аснову для наступных крокаў, неабходных для распрацоўкі пенапласту з алюмінія. Джон К. Эліят развіў гэтую ідэю праз 20 гадоў, распрацаваўшы абноўленую версію патэнта Мелера і прадставіўшы першую даступную алюмініевую пену, што, у сваю чаргу, спрыяла камерцыялізацыі матэрыялу ў Японіі ў 1990-х гадах. Рэліз заклаў аснову [5] .
3. Прадукцыйнасць і прымяненне ўспененага алюмінію
Успенены алюміній - гэта метал з высокай сітаватасцю і кіпрай структурай, у якой запячатаныя пары складаюць каля трох чвэрцяў ад агульнага аб'ёму металічнага матэрыялу, што робіць матэрыял вельмі лёгкім [7]. У дадатак да вышэйпералічаных характарыстык, успенены алюміній таксама мае ўражлівыя характарыстыкі паглынання энергіі і высокую сціскальнасць [7]. Што тычыцца шчыльнасці, даследчыкі выявілі, што шчыльнасць большасці ўспененых алюмініевых узораў складае каля 0,4-1,2 г·см-3 [6]. Акрамя таго, успенены алюміній таксама мае гукапаглынанне, магчымасць перапрацоўкі і нізкую цеплаправоднасць [7].
З пункту гледжання прымянення электрамагнітнае экранаванне, невялікі вага і паглынальныя ўласцівасці алюмініевай пены робяць яе ідэальным кандыдатам для кампанентаў, якія выкарыстоўваюцца ў прыладах кіраванага ядзернага сінтэзу, у аўтамабільнай, аэракасмічнай і будаўнічай прамысловасці з-за яе ўстойлівасці да экстрэмальных фізічных умоў. У кіраванай прыладзе ядзернага сінтэзу алюмініевая пена з закрытымі ячэйкамі з'яўляецца выдатным электрамагнітным экрануючым матэрыялам. Дзякуючы ўзаемасувязі шкілета з пена алюмінію, ён мае велізарную ўдзельную паверхню і добрую здольнасць паглынаць і адлюстроўваць электрамагнітныя хвалі. Узнікаюць розныя страты, такія як страты на паглынанне, страты на адлюстраванне і г.д., так што ўспенены алюміній мае выдатныя характарыстыкі электрамагнітнага экранавання. Больш за тое, было таксама выяўлена, што эфектыўнасць электрамагнітнага экранавання ўспененага алюмінію прадэманстравала тэндэнцыю спачатку зніжэння, а затым павелічэння з павелічэннем частаты электрамагнітнай хвалі [3]. У аэракасмічнай прамысловасці ўспенены алюміній выкарыстоўваецца для вырабу касмічных конусаў або дэталяў турбін. З-за нізкай якасці ўспененага алюмінію ён асабліва карысны для зніжэння агульнай вагі кампанентаў самалёта [7]. І як выдатны энергапаглынальны матэрыял, успенены алюміній выкарыстоўваецца для вытворчасці буфераў касмічных караблёў, паглынальнікаў вібрацыі і дна зваротнай кабіны касмічнага карабля, каб касмічны карабель мог дасягнуць бяспечнай пасадкі і абараніць бяспеку касманаўтаў і касмічнага абсталявання. Дзякуючы эфектыўнаму паглынанню энергіі і паглынанню ўдараў, успенены алюміній можа забяспечыць бяспеку касманаўтаў пры пасадцы касмічнага карабля, як паказана на малюнку 3 [8].
Малюнак 3. Палепшаная частковая канструкцыя ўдаратрывалай трюмнай часткі [8]
1-верхняя скура; 2-пеноалюминиевые стрынгеры; 3-ніжняя скура
У аўтамабільнай прамысловасці успенены алюміній дапамагае паменшыць агульную колькасць дэталяў, якія выкарыстоўваюцца ў раме, робіць працэс зборкі больш эфектыўным і, у канчатковым выніку, дапамагае знізіць выдаткі і палепшыць прадукцыйнасць [7]. У цяперашні час успенены алюміній выкарыстоўваецца ў планках супраць сутыкнення, бэльках і дзвярных бэльках у аўтамабільных кузавах на рынку, як паказана на малюнку 4 [9-10].
Малюнак 4. (а) — схема частковых энергапаглынальных частак кузава аўтамабіля;
(B) Прынцыповая схема пена-алюмініевай планкі супраць сутыкнення
У будаўнічай індустрыі ўспенены алюміній у асноўным выкарыстоўваецца ў якасці ахоўнага вогнеўстойлівага бар'ера для прадухілення моцнага шуму. Тыповае прымяненне алюмініевай пены з закрытымі ячэйкамі ў архітэктуры - Shanghai SOHO Fuxing Plaza. Дызайнер выкарыстоўвае вялікую колькасць успененага алюмінію для паглынання і ізаляцыі гуку, як паказана на малюнку 6 [11].
Выдатным дасягненнем лічыцца адкрыццё ўспененага алюмінію. Успенены алюмініевы матэрыял спалучае ў сабе выдатныя характарыстыкі электрамагнітнага экранавання, малы вага, нізкую шчыльнасць, характарыстыкі паглынання ўдараў і энергіі, таму сёння ён мае вельмі добрыя характарыстыкі ў розных галінах прамысловасці. Шырокая прымяняльнасць. Цікава, што ўспенены алюміній таксама з'яўляецца экалагічна чыстым прадуктам, які можа быць перапрацаваны, што азначае, што гэта ўстойлівы матэрыял і, як чакаецца, будзе выкарыстоўвацца ў вялікіх колькасцях у будучых прамысловых прымяненнях.
Час публікацыі: 30 лістапада 2021 г
