1. Mis on metallvaht ja alumiiniumvaht
Ajaloo jooksul on vahustatud metalli avastamine oluline verstapost kogu materjalitehnoloogia valdkonna revolutsioonis. Metallvaht on metallkonstruktsioonist koosnev materjal, millel on palju poore ja mis on piki konstruktsiooni täidetud gaasiga [2]. Nende metallvahtude poorid võivad olla omavahel ühendatud või suletud ning neid nimetatakse vastavalt avatud rakuga vahuks ja suletud pooridega vahuks, nagu on näidatud joonisel 2(a)(b) [3]. Nende hulgas on vahustatud alumiiniummaterjal praegu kõige lootustandvam vahtmetall tänu oma suurele poorsusele, madalale tihedusele, kergele kaalule, suurele tugevusele, heale kokkusurutavusele, tugevale löögineelduvusele, heale helineeldumisomadusele ja heale elektromagnetilise varjestusele. Suurepärane jõudlus, seetõttu tuntud kui "metalltäht" [4], mida kasutatakse laialdaselt muudes töötlemismeetodites kosmosetehnika, tootmise ja füüsikateaduste valdkonnas.
Joonis 2. Vahustatud alumiiniumi struktuuriomadused: (a) Avatud elemendiga alumiiniumvaht; (B) Kinnise elemendiga alumiiniumvaht [3]
2. Vahustatud alumiiniumi avastamine
Ajaloo jooksul on selliseid materjale nagu luu, puit ja pimsskivi laialdaselt kasutatud pikka aega. Paljud teadlased ennustavad, et nende materjalide kasulikkus on soodustanud tehismaterjalide, näiteks metallvahu tootmist. Kuigi enamik praegu kasutusel olevaid vahutamistehnoloogiaid on välja pakutud alates 1950. aastatest, on uuringud näidanud, et vahustatud alumiiniumi avastamist saab jälgida aastast 1926, mil Ma De Meller mainis esmakordselt metalli vahutamist Prantsuse patendis. Meller soovitas kunagi, et metalli vahustamisprotsessi saab saavutada, sisestades sulametalli inertgaasi või kasutades sulametallis vahutavat ainet, näiteks karbonaati. Kuigi see on vaid ideel põhinev patent, paneb see aluse järgmistele alumiiniumvahu arendamise sammudele. John C. Elliott arendas seda ideed 20 aastat hiljem edasi, kavandades Melleri patendi uuendatud versiooni ja tutvustades esimest saadaolevat alumiiniumvahtu, mis omakorda aitas kaasa materjali kommertsialiseerimisele Jaapanis 1990. aastatel. Väljalaskmine pani aluse [5].
3. Vahustatud alumiiniumi jõudlus ja pealekandmine
Vahustatud alumiinium on suure poorsuse ja poorse struktuuriga metall, mille suletud poorid moodustavad umbes kolmveerandi metallmaterjali kogumahust, muutes materjali väga kergeks [7]. Lisaks ülaltoodud omadustele on vahustatud alumiiniumil ka muljetavaldavad energia neeldumisomadused ja kõrge kokkusurutavus [7]. Tiheduse osas leidsid teadlased, et enamiku vahustatud alumiiniumist proovide tihedus on umbes 0,4–1,2 g·cm-3 [6]. Lisaks on vahustatud alumiiniumil ka helineelduvus, taaskasutatavus ja madal soojusjuhtivus [7].
Kasutamise osas muudavad alumiiniumvahu elektromagnetiline varjestus, kerge kaal ja neeldumisomadused selle ideaalseks kandidaadiks kontrollitud tuumasünteesiseadmetes, autodes, lennunduses ja ehitustööstuses kasutatavate komponentide jaoks, kuna see on vastupidav äärmuslikele füüsilistele keskkondadele. Kontrollitavas tuumasünteesiseadmes on suletud elemendiga alumiiniumvaht suurepärane elektromagnetiline varjestusmaterjal. Alumiiniumvahust karkassi omavahelise ühenduse tõttu on sellel tohutu eripind ning hea võime neelata ja peegeldada elektromagnetlaineid. Esineb mitmesuguseid kadusid, nagu neeldumiskadu, peegelduskadu jne, nii et vahustatud alumiiniumil on suurepärane elektromagnetiline varjestus. Lisaks leiti ka, et vahustatud alumiiniumi elektromagnetilise varjestuse tõhusus näitas suundumust, et esmalt langes ja seejärel suurenes elektromagnetlainete sageduse suurenemisega [3]. Lennundustööstuses kasutatakse vahustatud alumiiniumi kosmosekoonuste või turbiinide osade valmistamiseks. Vahustatud alumiiniumi madala kvaliteedi tõttu on see eriti kasulik lennukikomponentide kogumassi vähendamiseks [7]. Suurepärase energiat neelava materjalina kasutatakse vahustatud alumiiniumi kosmoselaeva puhvrite, vibratsiooni neeldujate ja kosmoselaeva tagastuskabiini põhja valmistamiseks, et kosmoselaev saaks saavutada ohutu maandumise ning kaitsta astronautide ja kosmoseseadmete ohutust. Tõhusa energia neeldumise ja löökide neeldumise kaudu võib vahustatud alumiinium tagada astronautide ohutuse kosmoselaeva maandumisel, nagu on näidatud joonisel 3 [8].
Joonis 3. Löögikindla pilsi täiustatud osaline struktuur[8]
1-ülemine nahk; 2-vahust alumiiniumist nöörid; 3-alumine nahk
Autotööstuses aitab vahustatud alumiinium vähendada raamis kasutatavate osade koguarvu, muudab monteerimisprotsessi tõhusamaks ning aitab kokkuvõttes vähendada kulusid ja parandada jõudlust [7]. Praegu kasutatakse vahtalumiiniumi turul olevate autode kerekonstruktsioonide kokkupõrkevastastes vardades, talades ja uksetalades, nagu on näidatud joonisel 4 [9-10].
Joonis 4. (a) on auto kere osalist energiat neelavate osade diagramm;
(B) Vahtalumiiniumi kokkupõrkevastase varda skemaatiline diagramm
Ehitustööstuses kasutatakse vahustatud alumiiniumi peamiselt kaitsva tulekindla barjäärina tugeva müra vältimiseks. Kinnise rakuga alumiiniumvahu tüüpiline rakendus arhitektuuris on Shanghai SOHO Fuxing Plaza. Disainer kasutab heli neelamiseks ja isoleerimiseks suures koguses vahtalumiiniumi, nagu on näidatud joonisel 6 [11].
Vahustatud alumiiniumi avastamist peetakse märkimisväärseks saavutuseks. Vahustatud alumiiniummaterjal ühendab endas suurepärase elektromagnetilise varjestuse, kerge kaalu, madala tiheduse, löögi neeldumise ja energia neeldumise, seega on sellel tänapäeval erinevates tööstusharudes väga hea jõudlus. Lai kohaldatavus. Huvitav on see, et vahtalumiinium on ka keskkonnasõbralik toode, mida saab taaskasutada, mis tähendab, et see on jätkusuutlik materjal ja seda kasutatakse tulevikus suures koguses tööstuslikes rakendustes.
Postitusaeg: 30. november 2021
