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Inspiriert von der Natur, aber hart wie Eisen: Wofür wird Metallschaum verwendet?

Metallschäume sind unglaublich starke und leichte Materialien.

Von der Natur inspiriert, kombinieren Metallschäume einen Großteil der Stärke des Metalls mit der leichteren, porösen Struktur des Schaums. Metallschäume haben viele interessante Anwendungen in verschiedenen Branchen. Sie können aus einer Vielzahl von Metallen hergestellt werden und sind in der Regel unglaublich leicht und stark.

Hier untersuchen wir welches Metall Schäume sind und wie sie hergestellt werden, und werfen Sie einen kurzen Blick darauf, wo sie verwendet werden.

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Was ist Metallschaum?

Metallschäume bestehen normalerweise aus ein festes Metall mit gasgefüllten Poren im Inneren. Der Schaum hat eine dichte äußere Schicht und das Innere hat die Form einer Porenmatrix. Die Struktur dieser Schäume lässt Gase und sogar Flüssigkeiten durchbasieren auf Materialien mit ähnlicher Struktur wie natürlichem Knochen, Bimsstein und natürlichen Schwämmen.

Die Poren können verschlossen werden geschlossenzellig Schaum oder miteinander verbunden offenzelliger Schaum.Metallschäume sind unglaublich leicht und dennoch sehr stark.

Insgesamt Metallschäume bestehen in der Regel aus Aluminium, können aber auch aus einer Vielzahl anderer Metalle wie Titan, Tantal, Kupfer, Zink oder Blei hergestellt werden.

Quelle : Stehfan / Wikimedia Commons

Metallschäume haben einige sehr wichtige Schlüsselmerkmale, die sie unter anderem für Materialwissenschaftler besonders nützlich machen.

Die wichtigsten Eigenschaften von Metallschäumen sind wie folgt :

  • Es handelt sich um ultraleichte Materialien 75–95% des Volumens besteht aus leerem oder gasgefülltem Raum
  • Sie haben eine sehr hohe Porosität
  • Sie haben hohe Druckfestigkeiten bei guten Energieabsorptionseigenschaften
  • Ihre Wärmeleitfähigkeit ist gering
  • Sie sind sehr stark

Wofür werden Metallschäume verwendet?

Metallschäume haben eine Vielzahl von Anwendungen . Diese reichen von Baumaterialien bis zu biomedizinischen Lösungen.

Metallschaum wie unter dem Rasterelektronenmikroskop zu sehen. Quelle : SecretDisc / Wikimedia Commons

Einige bemerkenswerte Metallschaumanwendungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf:

  • Geschlossenzellige Sorten werden für strukturelle Anwendungen verwendet, die tragende Eigenschaften erfordern, sowie für gewichtssparende und stoßabsorbierende Strukturen in Fahrzeugen.
  • Offenzellige Sorten sind ideal für Vibration und Schallabsorption, Filtration und Katalyse bei hohen Temperaturen, für den Wärmeaustausch und in medizinischen Geräten.
  • Offenzellige Sorten eignen sich auch für funktionelle Anwendungen wie Filtration und Dämpfung.
  • In jüngerer Zeit werden Metallschäume als experimentelle Prothese bei Tieren verwendet. Einige Forscher untersuchen sogar, sie als Ersatz zu verwenden. defekte Knochen auch.
  • Metallschäume mit hohen Festigkeiten können als Aufprallenergieabsorber mit hoher Kapazität wirken.
  • In der Automobilindustrie können Metallschäume verwendet werden, um das Gewicht von Teilen im Fahrzeugrahmen zu reduzieren und die Montage zu erleichtern, wodurch Kosten gesenkt und die Leistung verbessert werden.

Wie wird ein Metallschaum hergestellt?

Metallschäume werden in mehreren Schritten gebildet. Zunächst werden Metallschmelzen durch Bildung von Gasblasen in der Metallschmelze geschäumt.

Dieser von der BASF entwickelte spezielle Metallschaum wird durch Beschichten von Styroporkugeln mit Carbonylpulver in einem Fließbett hergestellt. Quelle : BASF / Flickr

Da die Gasblasen weniger dicht sind und einen höheren Auftrieb als die Metallschmelze haben, steigen sie an die Oberfläche. Um dies zu verhindern, wird die Dichte der Metallschmelze erhöht, um die Luftblasen in der Schmelze einzufangen.

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Um dies zu erreichen, werden häufig feine Keramikpulver verwendet, oder es werden Legierungselemente verwendet, um Partikel in der Metallschmelze zu stabilisieren.

Das Einbringen von Gasblasen erfolgt normalerweise nach einer von drei Methoden. Die am häufigsten verwendeten sind die folgenden - obwohl es auch andere Methoden gibt, wie die oben von der BASF entwickelte :

  • Injizieren von Gas von einer externen Quelle in das flüssige Metall.
  • Verursacht die Ausfällung von Gas, das gerade in der Flüssigkeit gelöst wurde.
  • Verursachen einer In-situ-Gasbildung in der Flüssigkeit durch Beimischen von gasfreisetzenden Treibmitteln zur Schmelze.

Metallpulver oder Metallspäne können auch mit Titanhydrid oder anderen Explosivstoffen gemischt und über den Schmelzpunkt des Metalls erhitzt werden. Dabei wird gasförmiger Wasserstoff freigesetzt, der die Mischung schäumt.

Wofür wird Titanschaum verwendet?

Titanmetallschaum ist ein durchlässiges Material mit sehr geringer Dichte, das viele Anwendungen hat. Seine bestimmenden Eigenschaften sind seine sehr hohe Porosität zwischen 75 und 95% nach Volumen, so dass es hauptsächlich aus Hohlräumen besteht.

Ein Beispiel für Aluminiumschaum. Quelle : Rama / Wik imedia Commons

Dieser unglaublich starke Metallschaum wird oft verwendet für :

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  • Wärmedämmung
  • Schalldämmung
  • Adsorption von Umweltschadstoffen
  • Filtration von geschmolzenem Metalllegierungen
  • Als Substrat für Katalysatoren erfordert eine große innere Oberfläche

Titanschaum hat auch einige andere begrenzte medizinische Anwendungen . Forscher at Fraunhofer-Gesellschaft, eine führende Organisation für angewandte Forschung, haben Es wurde versucht, es als ultrastarkes Implantat zu verwenden, um verlorenen oder beschädigten Knochen zu ersetzen.

" Im TiFoam-Projekt konzentrierten sich die Forschungspartner darauf, die Lebensfähigkeit von Titanschaum für den Ersatz defekter Wirbelkörper zu demonstrieren. Der Schaum eignet sich gleichermaßen zur Reparatur anderer stark belasteter Knochen ", bemerkt Fraunhofer .

Ist Aluminium ein poröses Metall?

Einige Formen von Aluminium sind porös . Sie haben einige Ähnlichkeiten mit Metallschaum, dh sie sind sowohl für Gase als auch für bestimmte Flüssigkeiten durchlässig, es gibt jedoch auch einige wesentliche Unterschiede.

Der Hauptunterschied liegt im Herstellungsprozess. poröses Aluminium entsteht durch Gießen des Metalls zusammen mit Kristallsalz in die gewünschte Form.

Aluminiumschaum. Quelle : Steve Jurvetson / Flickr

Nach dem Formen wird das Salz ausgewaschen. Dieser Vorgang löst das Salz auf und entfernt es. Bereiche, die Salzkörner enthielten, bleiben als Poren zurück.

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Dieses poröse Aluminium hat einige Vorteile gegenüber Metallschäumen. Eine der Hauptschwierigkeiten bei der Herstellung von Metallschäumen besteht beispielsweise darin, die richtige Kombination von Metall- und Explosivstoffen zu finden. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, die richtigen Temperaturen und Zeiten für das Erhitzen zu findendie gewünschte Textur des Schaums erzeugen.

Aus diesem Grund ist es schwierig vorherzusagen, wie sich die Porosität, Porengröße und Porenverteilung entwickeln werden.

"Aus diesen Gründen ist poröses Aluminium mit seiner einfachen Herstellungstechnologie eine wertvolle Alternative. Das breite Spektrum genau definierter Filterqualitäten von5 um bis 250 um kann die Anwendung genau unterscheiden. Die besonders starke Gussgrenzfläche zwischen porösen und nicht porösen Teilen eröffnet eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen ", erklärt eine Site besorgt über das Thema. Werbung

Quelle :
Spimhero / Wikimedia Commons Einige der Hauptunterschiede zwischen porösem Aluminium und Metallschaum sind folgende :

Eine breite Palette genau definierter Filterqualitäten aus5 um bis 250 um

  • Extra starke Gussgrenzfläche zwischen porösen und nicht porösen Teilen Extreme Festigkeit dank Gussstruktur
  • Einfache Nachbearbeitung zB Threading
  • Kostengünstige Fertigungstechnologie
  • Ist Edelstahl porös?
  • Edelstahl ist nicht von Natur aus porös, aber es kann poröser Edelstahl hergestellt werden. Zum Beispiel ein Forscherteam der

Universidade Federal de São Paulo

konnten porösen Edelstahl für medizinische Zwecke herstellen. "Austenitische rostfreie Stähle werden häufig in der Biomedizin verwendet Anwendungen wie orthopädische Implantate aufgrund von Eigenschaften wie hoher Korrosions- und Ermüdungsbeständigkeit sowie hoher Bruchzähigkeit. Neben der Biokompatibilität sind diese Eigenschaften bei der Auswahl und Anpassung von Material für biomedizinische Anwendungen wichtig. "

notiert einen Artikel über researchgate.net . Metallschäume sind nicht nur wegen ihrer physikalischen Eigenschaften und ihres Herstellungsprozesses, sondern auch wegen ihrer verschiedenen Anwendungen ein interessantes Material. Inspiriert von der Natur können diese Materialien in nicht allzu ferner Zukunft andere unglaubliche Verwendungsmöglichkeiten finden. Werbung

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