1. Co je kovová pěna a hliníková pěna
V průběhu historie představuje objev kovové pěny důležitý milník v revoluci celého oboru materiálového inženýrství. Kovová pěna je materiál složený z kovové struktury, která má velké množství pórů a je podél struktury vyplněna plynem [2]. Póry těchto kovových pěn mohou být vzájemně propojeny nebo utěsněny a nazývají se pěna s otevřenými buňkami a pěna s uzavřenými buňkami, jak je znázorněno na obrázku 2(a)(b) [3]. Mezi nimi je hliníkový pěnový materiál v současnosti nejslibnějším pěnovým kovem díky své vysoké pórovitosti, nízké hustotě, nízké hmotnosti, vysoké pevnosti, dobré stlačitelnosti, silné absorpci nárazu, dobré absorpci zvuku a dobrému elektromagnetickému stínění. Vynikající výkon, proto známý jako „kovová hvězda“ [4], široce používaný v jiných zpracovatelských metodách v oblasti leteckého inženýrství, výroby a fyzikálních věd.
Obrázek 2. Strukturní charakteristiky pěnového hliníku: (a) hliníková pěna s otevřenými buňkami; (B) Hliníková pěna s uzavřenými buňkami [3]
2. Objev pěnového hliníku
V průběhu historie byly materiály jako kost, dřevo a pemza široce používány po dlouhou dobu. Mnoho výzkumníků předpovídá, že užitečnost těchto materiálů podpořila výrobu umělých materiálů, jako je kovová pěna. Ačkoli většina technologií pěnění, které se v současnosti používají, byla navržena od 50. let 20. století, studie ukázaly, že objev pěnového hliníku lze vysledovat až do roku 1926, kdy Ma De Meller poprvé zmínil kovové pěnění ve francouzském patentu. Meller jednou navrhl, že proces zpěňování kovu lze dosáhnout zavedením inertního plynu do roztaveného kovu nebo použitím pěnotvorného činidla, jako je uhličitan v roztaveném kovu. Ačkoli se jedná pouze o patent založený na myšlence, pokládá základ pro další kroky potřebné při vývoji hliníkové pěny. John C. Elliott tuto myšlenku dále rozvinul o 20 let později, když navrhl aktualizovanou verzi Mellerova patentu a představil první dostupnou hliníkovou pěnu, což zase přispělo ke komercializaci materiálu v Japonsku v 90. letech. Vydání položilo základ [5].
3. Provedení a použití pěnového hliníku
Pěnový hliník je kov s vysokou porézností a porézní strukturou, ve kterém utěsněné póry tvoří asi tři čtvrtiny celkového objemu kovového materiálu, díky čemuž je materiál velmi lehký [7]. Kromě výše uvedených charakteristik má pěnový hliník také působivé vlastnosti absorpce energie a vysokou stlačitelnost [7]. Pokud jde o hustotu, výzkumníci zjistili, že hustota většiny vzorků pěnového hliníku je asi 0,4-1,2 g·cm-3 [6]. Kromě toho má pěnový hliník také zvukovou pohltivost, recyklovatelnost a nízkou tepelnou vodivost [7].
Pokud jde o použití, elektromagnetické stínění, nízká hmotnost a absorpční vlastnosti hliníkové pěny z ní činí ideálního kandidáta pro komponenty používané v zařízeních pro řízenou jadernou fúzi, automobilech, leteckém a stavebním průmyslu, protože je odolný vůči extrémním fyzikálním prostředím. V řízeném zařízení pro jadernou fúzi je hliníková pěna s uzavřenými buňkami vynikajícím elektromagnetickým stínícím materiálem. Díky propojení hliníkové pěnové kostry má obrovský specifický povrch a dobrou schopnost pohlcovat a odrážet elektromagnetické vlny. Dochází k různým ztrátám, jako je ztráta absorpcí, ztráta odrazem atd., takže pěnový hliník má vynikající elektromagnetické stínění. Navíc bylo také zjištěno, že účinnost elektromagnetického stínění pěnového hliníku vykazovala trend nejprve klesající a poté rostoucí s rostoucí frekvencí elektromagnetických vln [3]. V leteckém průmyslu se pěnový hliník používá k výrobě vesmírných kuželů nebo částí turbín. Vzhledem k nízké kvalitě pěnového hliníku je zvláště užitečný pro snížení celkové hmotnosti součástí letadel [7]. A jako vynikající materiál pohlcující energii se pěnový hliník používá k výrobě nárazníků kosmických lodí, tlumičů vibrací a dna návratové kabiny kosmické lodi, takže kosmická loď může dosáhnout bezpečného přistání a chránit bezpečnost astronautů a kosmického vybavení. Prostřednictvím účinné absorpce energie a tlumení nárazů může pěnový hliník zajistit bezpečnost astronautů při dopadu přistání kosmické lodi, jak je znázorněno na obrázku 3 [8].
Obrázek 3. Vylepšená částečná struktura podpalubního prostoru odolného proti nárazu[8]
1-horní kůže; 2-pěnové hliníkové nosníky; 3-spodní kůže
V automobilovém průmyslu pomáhá pěnový hliník snížit celkový počet dílů použitých v rámu, zefektivňuje montážní proces a v konečném důsledku pomáhá snižovat náklady a zlepšovat výkon [7]. V současné době se pěnový hliník používá v antikolizní tyči, nosnících a dveřních nosnících v konstrukcích karoserie automobilů na trhu, jak je znázorněno na obrázku 4 [9-10].
Obrázek 4. (a) je schéma částí karoserie vozu pohlcujících částečnou energii;
(B) Schematický diagram protikolizní tyče z pěnového hliníku
Ve stavebnictví je pěnový hliník hlavní použití jako ochranná, ohnivzdorná bariéra, aby se zabránilo silnému hluku. Typickou aplikací hliníkové pěny s uzavřenými buňkami v architektuře je Shanghai SOHO Fuxing Plaza. Konstruktér používá k pohlcování a izolaci zvuku velké množství pěnového hliníku, jak ukazuje obrázek 6 [11].
Objev pěnového hliníku je považován za pozoruhodný úspěch. Pěnový hliníkový materiál kombinuje vynikající výkon elektromagnetického stínění, nízkou hmotnost, nízkou hustotu, tlumení nárazů a výkon absorbce energie, takže má dnes velmi dobrý výkon v různých průmyslových odvětvích. Široká použitelnost. Zajímavé je, že pěnový hliník je také produkt šetrný k životnímu prostředí, který lze recyklovat, což znamená, že se jedná o udržitelný materiál a očekává se, že bude ve velkém množství používán v budoucích průmyslových aplikacích.
Čas odeslání: 30. listopadu 2021
