1. Mikä on metallivaahto ja alumiinivaahto
Metallivaahdon löytäminen on historian kuluessa tärkeä virstanpylväs koko materiaalitekniikan alan vallankumouksessa. Metallivaahto on metallirakenteesta koostuva materiaali, jossa on suuri määrä huokosia ja joka on täytetty kaasulla rakennetta pitkin [2]. Näiden metallivaahtojen huokoset voidaan liittää toisiinsa tai tiivistää, ja niitä kutsutaan vastaavasti avosoluvaahdoksi ja umpisoluvaahdoksi, kuten kuvassa 2(a)(b) [3] esitetään. Niistä alumiinivaahtomateriaali on tällä hetkellä lupaavin vaahtometalli korkean huokoisuuden, alhaisen tiheyden, keveyden, suuren lujuuden, hyvän kokoonpuristuvuuden, vahvan iskunvaimennuskyvyn, hyvän äänenvaimennuskyvyn ja hyvän sähkömagneettisen suojauksen ansiosta. Erinomainen suorituskyky, joka tunnetaan siksi nimellä "metallitähti" [4], jota käytetään laajalti muissa käsittelymenetelmissä ilmailu- ja avaruustekniikan, valmistuksen ja fysiikan aloilla.
Kuva 2. Vaahdotetun alumiinin rakenteelliset ominaisuudet: (a) Avosoluinen alumiinivaahto; (B) Umpisoluinen alumiinivaahto [3]
2. Alumiinivaahdon löytäminen
Kautta historian materiaaleja, kuten luuta, puuta ja hohkakiviä, on käytetty laajalti pitkään. Monet tutkijat ennustavat, että näiden materiaalien käyttökelpoisuus on edistänyt ihmisen valmistamien materiaalien, kuten metallivaahdon, tuotantoa. Vaikka useimpia tällä hetkellä käytössä olevista vaahdotustekniikoista on ehdotettu 1950-luvulta lähtien, tutkimukset ovat osoittaneet, että alumiinivaahdon löytäminen voidaan jäljittää vuoteen 1926, jolloin Ma De Meller mainitsi ensimmäisen kerran metallivaahdottamisen ranskalaisessa patentissa. Meller ehdotti kerran, että metallin vaahdotusprosessi voidaan saavuttaa lisäämällä inerttiä kaasua sulaan metalliin tai käyttämällä vaahdotusainetta, kuten karbonaattia sulassa metallissa. Vaikka tämä on vain ideaan perustuva patentti, se luo pohjan seuraaville alumiinivaahdon kehittämisen vaiheille. John C. Elliott kehitti tätä ajatusta edelleen 20 vuotta myöhemmin suunnittelemalla päivitetyn version Meller-patentista ja esittelemällä ensimmäisen saatavilla olevan alumiinivaahdon, mikä puolestaan vaikutti materiaalin kaupallistamiseen Japanissa 1990-luvulla. Julkaisu loi perustan [5].
3. Alumiinivaahdon suorituskyky ja käyttö
Alumiinivaahdotettu on metalli, jolla on suuri huokoisuus ja huokoinen rakenne, jossa tiivistetyt huokoset muodostavat noin kolme neljäsosaa metallimateriaalin kokonaistilavuudesta, mikä tekee materiaalista erittäin kevyen [7]. Edellä mainittujen ominaisuuksien lisäksi vaahdotetulla alumiinilla on myös vaikuttavat energian absorptio-ominaisuudet ja korkea puristuvuus [7]. Mitä tulee tiheyteen, tutkijat havaitsivat, että useimpien alumiinivaahdotettujen näytteiden tiheys on noin 0,4-1,2 g·cm-3 [6]. Lisäksi vaahdotetulla alumiinilla on myös äänenvaimennus, kierrätettävyys ja alhainen lämmönjohtavuus [7].
Sovelluksen kannalta alumiinivaahdon sähkömagneettinen suojaus, kevyt paino ja absorptioominaisuudet tekevät siitä ihanteellisen ehdokkaan komponenteille, joita käytetään kontrolloiduissa ydinfuusiolaitteissa, autoissa, ilmailu- ja rakennusteollisuudessa, koska se kestää äärimmäisiä fyysisiä ympäristöjä. Ohjattavassa ydinfuusiolaitteessa umpisoluinen alumiinivaahto on erinomainen sähkömagneettinen suojamateriaali. Alumiinivaahtorungon yhteenliittämisen ansiosta sillä on valtava ominaispinta-ala ja hyvä kyky absorboida ja heijastaa sähkömagneettisia aaltoja. Esiintyy erilaisia häviöitä, kuten absorptiohäviö, heijastushäviö jne., joten vaahdotetulla alumiinilla on erinomainen sähkömagneettinen suojauskyky. Lisäksi havaittiin myös, että vaahdotetun alumiinin sähkömagneettisen suojauksen tehokkuus osoitti suuntausta, joka ensin laski ja sitten lisääntyi sähkömagneettisen aallon taajuuden kasvaessa [3]. Ilmailuteollisuudessa vaahdotettua alumiinia käytetään avaruuskartioiden tai turbiinien osien valmistukseen. Vaahdotetun alumiinin heikon laadun vuoksi se on erityisen hyödyllinen lentokoneen osien kokonaispainon vähentämisessä [7]. Ja erinomaisena energiaa vaimentavana materiaalina vaahtoalumiinista valmistetaan avaruusaluksen puskureita, tärinänvaimentimia ja avaruusaluksen paluuhytin pohjaa, jotta avaruusalus saavuttaa turvallisen laskeutumisen ja suojelee astronautien ja avaruuslaitteiden turvallisuutta. Tehokkaan energian- ja iskunvaimennuksen ansiosta vaahdotettu alumiini voi varmistaa astronautien turvallisuuden avaruusaluksen laskeutumisen vaikutuksesta, kuten kuvassa 3 [8].
Kuva 3. Iskunkestävän pilssin parannettu osittainen rakenne[8]
1-ylempi iho; 2-vaahtomuovi-alumiininauhat; 3-alempi iho
Autoteollisuudessa vaahdotettu alumiini auttaa vähentämään rungossa käytettävien osien kokonaismäärää, tehostaa kokoonpanoprosessia ja auttaa viime kädessä vähentämään kustannuksia ja parantamaan suorituskykyä [7]. Tällä hetkellä vaahtoalumiinia käytetään markkinoilla olevissa autojen korirakenteiden törmäyksenestotangoissa, palkkeissa ja ovipalkeissa, kuten kuvassa 4 [9-10].
Kuva 4. (a) on kaavio auton korin osittain energiaa absorboivista osista;
(B) Kaaviokuva vaahtoalumiinista törmäyksenestotangosta
Rakennusteollisuudessa vaahtoalumiinia käytetään pääasiassa suojaavana, palonkestävänä esteenä voimakkaan melun estämiseksi. Umpisoluisen alumiinivaahdon tyypillinen sovellus arkkitehtuurissa on Shanghai SOHO Fuxing Plaza. Suunnittelija käyttää suuren määrän vaahtoalumiinia vaimentamaan ja eristämään ääntä, kuten kuvassa 6 [11].
Alumiinivaahdon löytöä pidetään merkittävänä saavutuksena. Vaahdotettu alumiinimateriaali yhdistää erinomaisen sähkömagneettisen suojauksen, kevyen painon, alhaisen tiheyden, iskunvaimennuksen ja energian absorptiokyvyn, joten sillä on erittäin hyvä suorituskyky eri teollisuudenaloilla nykyään. Laaja sovellettavuus. Mielenkiintoista on, että alumiinivaahto on myös ympäristöystävällinen tuote, joka voidaan kierrättää, mikä tarkoittaa, että se on kestävä materiaali ja sitä odotetaan käytettävän suuria määriä tulevissa teollisissa sovelluksissa.
Postitusaika: 30.11.2021
