עיבוד לייזר של קצף מתכת

קצף מתכתי מסווג לקצף תאים פתוחים וסגורים. לקצף תאים סגורים יש ממברנות המפרידות בין תאים או חללים שכנים, ואילו לקצף תאים פתוחים יש רשת של חללים מפוזרים באקראי המחוברים ביניהם כפי שמוצג באיורים (א) ו-(ב), בהתאמה. הסיווג איכשהו חשוב מאוד מכיוון שהוא מבדיל בין קצף מתכתי לפי היישומים שלהם. לקצפי מתכת בתאים סגורים יש קשיחות גבוהה והם משמשים בעיקר ביישומים מבניים. מצד שני, קצף תאים פתוחים משמשים בעיקר ביישומים פונקציונליים כמו מחליפי חום בשל שטח הפנים הגדול שלהם והמבנה הנקבובי המחובר הפנימי שלהם.

לכן, שיטות העיבוד אחראיות בעיקרהתאמה אישית של קצפי מתכתליישומים שלהם על ידי הגדרת המבנה האנטומי או חלוקת הנקבוביות שלהם. שיטות העיבוד מסווגות באופן רחב לתהליכים נוזליים ומוצקים. עיבוד נוזלים הוא הפופולרי ביותר בייצור מסחרי בשל שיעורי הקצף גבוהים ותפוקות גבוהות. התהליך יוצר נקבוביות במתכות נוזליות או מוצקות למחצה בכל אחד משני הדרכים העיקריות, הקצף ישיר ועקיף. הקצף ישיר יכול להתבצע על ידי החדרת גז (אוויר, חנקן או ארגון) או על ידי החדרת חומרים משניים כגון TiH2, ZrH2, MgH2, CaCO3 וכו' ישירות למטריצת המתכת המותכת. בשני המקרים נוצרות בועות על פני ההיתוך והן נכלאות ומתקררות ליצירת חללים.

כאשר נעשה שימוש בשיטת ההקצפה העקיפה, המתכת המותכת אינה מוקצפת ישירות; במקום זאת, מבשרים מסוימים כגון קצף פולימר או חלקיקים אנאורגניים וכדורים חלולים בצפיפות נמוכה משמשים ליציקת המתכת המותכת לקצף. עיבוד נוזלי, תוך מתן אפשרות לייצור המוני שלקצפי מתכתבצורת גיליון, חסר יציבות ויכולת שליטה. כתוצאה מכך, קשה לייצר צורות ליד רשת. גם מגוון החומרים שניתן להשתמש בהם ליצירת קצפים בשיטה זו מוגבל מאוד.

ניתן להגדיר הקצף במצב מוצק כתהליך לייצור קצפי מתכת השומר על טמפרטורת העיבוד בטווח טמפרטורת ההיתוך של חומר הבסיס. קצפי מתכת מוכנים על ידי החדרת חומר הניפוח ישירות למתכת המוצקה המעורבת (נקבוביות פנימית) או על ידי שילוב אבקת המתכת סביב תבנית זמנית שטופלה מראש עם חללים (נקבוביות חיצונית). למרות שתהליכים במצב מוצק נשלטים בצורה מהימנה יותר, הם יקרים. תעשיות ייצור נוכחיות הן קריטיות מאוד בבחירת מוצרים לייצור.

קצף מתכתהם סוג חדש של חומר קל משקל נקבובי המורכב מנקבוביות או חללים בתוך מתכת מוצקה. הנקבוביות נוצרות בדרך כלל בתוך חומר הבסיס בצורה לא מבוקרת, בעקבות נתיבי תהליך שונים ליצירת מבנה מתכתי נקבובי אקראי ביותר. חלק הנפח של הנקבוביות המתקבלות גבוה מאוד בהשוואה לחומר הבסיס, מה שהופך את החומר לקל משקל. בנוסף למשקלו הקל, החומר מציע מגוון מאפיינים מבניים יוצאי דופן נוספים: יחס חוזק-משקל גבוה ופוטנציאל שיכוך רעידות וספיגת רעשים מעולה. כדי לשלב קצף מתכת בכל תעשייה, זה חייב להיות משולב באופן הדוק עם תהליך ייצור אמין. מתכות מוקצפות מאופיינות בקשיחות גבוהה ובחוזק מתיחה נמוך והן נוטות לשבר תחת עומס. לכן, תהליכי ייצור קונבנציונליים אינם נוחים לעיבוד הצורה הכללית של ייצור קצף מתכת. כתוצאה מכך, האימוץ הנרחב של קצפי מתכת נפגע. שיטת עיבוד הלייזר היא שיטה המנצלת מקור חום מדויק, לייזר, לעיבוד החומר במקום עומס מכני.