Spumă metalică

O spumă metalică este o structură celulară formată dintr-un metal solid - adesea din aluminiu - din care o mare parte din volum este alcătuit din pori de aer. Porii pot fi închise (spumă cu celule închise) sau pot forma o rețea interconectată (spumă cu celule deschise). Caracteristica distinctivă a spumelor metalice este o porozitate foarte mare: de obicei 75-95% din volum constă din spații goale. Rezistența unui metal expandat este legată de densitatea acestuia printr-o lege exponențială , adică un material dens de 20% este mai mult de două ori mai puternic decât un material dens de 10%.

Spumele metalice păstrează de obicei unele proprietăți fizice ale materialului de bază. Spuma asigură faptul că metalele neinflamabile rămân neinflamabile; spuma este în general reciclabilă în materialul său de bază. Coeficienții de expansiune termică rămân similari, în timp ce conductivitatea scade probabil.

Spume cu celule deschise

Spumele metalice cu celule deschise (numite și bureți metalici ) sunt, în general, copii cu spume poliuretanice cu celule deschise ca schelet și au o gamă largă de aplicații, inclusiv schimbătoare de căldură (electronice de răcire, rezervoare criogenice, materiale pentru schimbarea fazei), absorbție de energie, difuzie de fluid și optica luminii. Datorită costului ridicat, aceste spume sunt utilizate în tehnologii aerospațiale avansate și în fabricarea industrială.

Spumele cu celule deschise foarte mici (atât de mult încât nu sunt vizibile cu ochiul liber) sunt utilizate ca filtre în industria chimică la temperaturi ridicate.

Spume cu celule închise

Primul brevet eliberat pentru un burete metalic a fost cel al lui Sosnik în 1948, care a aplicat vapori de mercur pentru a arunca aluminiu lichid.

Spumele metalice cu celule închise au fost dezvoltate începând din 1956 de către John C. Elliott la Bjorksten Research Laboratories . Deși primele prototipuri erau disponibile încă din anii 1950, producția comercială a început doar în anii 1990 datorită companiei Shinko Wire din Japonia. Spumele de metal sunt de obicei realizate prin injectarea unui amestec de gaz sau a unui agent de spumare (adesea CTAS ₂ ) în topit metal. Pentru a stabiliza bulele de metal topit, este necesar să folosiți un spumant la temperatură ridicată (particule solide nano sau micrometru). Dimensiunea porilor - sau „dimensiunea celulei” - variază de obicei între 1 și 8 mm.

Spumele metalice cu celule închise sunt utilizate în principal ca materiale absorbante de impact, similare cu spumele polimerice ale căștilor , dar pentru impacturi mai violente. Spre deosebire de multe spume polimerice, spumele metalice rămân deformate după impact și, prin urmare, pot fi folosite o singură dată. Sunt ușoare (de obicei 10-25% din densitatea metalului din care sunt fabricate, care este de obicei aluminiu) și rigide și sunt deseori propuse ca un material ușor structural. Cu toate acestea, acestea nu au fost încă utilizate pe scară largă în acest scop.

Spumele cu celule închise păstrează rezistența la foc și reciclabilitatea altor spume metalice, dar au capacitatea adăugată de a pluti în apă.

Spumele metalice încep, de asemenea, să fie utilizate ca proteze experimentale la animale. În această aplicație, se face o gaură în os și se introduce spuma metalică, permițând osului să crească în metal pentru o conexiune permanentă. Un exemplu notabil este operația efectuată de Dr. Robert Taylor pe un husky siberian numit Triumph, în care ambele picioare din spate au primit o proteză metalică extinsă.

Aplicații posibile în industria calculatoarelor

În 2010, la concursul de la Tineretul și Științele din Milano a fost prezentat un prototip de radiator pentru notebook realizat cu spumă de aluminiu și titan. Acest lucru ar reduce timpul de răcire de la 25 la 9 minute, iar computerul ar încălzi cu 10 grade mai puțin. Creatoarea acestui sistem este Eva Odorico , o elevă pasionată de electronică la vremea respectivă care frecventa clasa a cincea a liceului științific din Latisana .