habfizika - alkalmazás - AFT

-> Kompetenciák -> Anyagtudomány -> Fémhab

s

Általános

Haboknak nevezzük azokat az anyagokat, amelyek pórustartalma legalább 50% és ezek a gázzal teli üregek egyenletesen eloszlatva, sok kis buborék formájában vannak jelen. A buborékokat celláknak nevezzük, a köztük lévő fal pedig lehet folyadékból (fürdőhab) vagy szilárd anyagból (mosogatószivacs).

A cellás szerkezetű anyagok jól ismertek a természetben: ilyen anyagszerkezettel bírnak az emberi, vagy állati csontok, a fa, a bambusz, stb. A nagy porozitású, cellás szerkezetű anyagok könnyűek és erősek, melyhez jó hőszigetelő, hang- és energiaelnyelő tulajdonságok társulnak. A szilárdság/tömeg arány jelentősen nő a porozitás növekedtével, miközben a felhasznált anyagmennyiség csökken. Ezért kerültek a mesterséges szilárd habok az anyagtudományi kutatások és fejlesztések fókuszába. A kerámia és a polimer habok gyártása ma már nem jelent nehézséget, ezek a gyártmányok hétköznapiak (pl. Ytong falazóelem vagy a Nikecell hőszigetelőhab). Fémekből habot gyártani azonban még ma is nehéz, a fémhab gyártmányok elterjedése csak a következő évtizedre várható. Az innovációs trendet és a piaci igényt az 1. ábrán, a tudományos életben megjelenet publikációk számát a 2. ábrán láthatjuk. Jól kivehető, hogy az előttünk álló évek a fémhab piac jelentős bővüléséről szólnak.

1. ábra. Az alumíniumhab innovációs és piaci trendje.

Forrás: Aluminiumschaum, Aluminium – Merkblätter, Aluminium-Zentrale e. V. ISBN3-87017-259-2

2. ábra. Összes tudományos és fémhab témájú publikációk száma.
Forrás: Status and recent developments on porous metals and metallic foams in North America, L.P.Lefebvre, MetFoam2009 conference, Bratislava

Fémhab típusok

Alapvetően kétféle habot különböztetünk meg: a nyílt és a zárt cellásokat. A zárt cellás habokban a szerkezetben lévő pórusokat összefüggő és átjárhatatlan cellafal veszi körbe, így szigetelve el őket egymástól. Ennek eredményeként a zárt cellás habok kiváló szigetelők és energiaelnyelők, ezt a típust lehet szerkezeti tartóelemként is alkalmazni. Sűrűségükből és szerkezetükből adódóan úsznak a vízen. (3.ábra).

3. ábra. Zárt cellás fémhab, oldalán fém zárólemezzel. Forrás: Status and recent developments on porous metals and metallic foams in North America, L.P.Lefebvre, MetFoam2009 conference, Bratislava

Nyílt cellás habok (4.ábra) esetében tulajdonképpen csak pálcika szerű elemek adják a teljes vázszerkezetet. Ekkor a hab teljesen átjárható, nem is igazán lehet cellákról beszélni. Ezek az anyagok kiválóan alkalmasak szűrésre és nagy fajlagos belső felületük révén katalizátorok hordozónak is.

4.ábra. Nyílt cellás hab tipikus szerkezete.
Forrás: Status and recent developments on porous metals and metallic foams in North America, L.P.Lefebvre, MetFoam2009 conference, Bratislava

A zárt cellás fémhabok előállítási módjai

5. ábra. Fémhab gyártási eljárások áttekintése. Forrás: J. Banhart, D. Wearie, On the road again:metal foams find favor, Physics Today 55, 37-42 (2002)

6. ábra. Stabilizáló részecskéket tartalmazó fémolvadék habosítása közvetlen gázbefúvással.

7. ábra. Az előző ábrán bemutatott eljárással készíthető fémhab táblák


8. ábra. Alporas habosítási technológia. Gázbuborékokat Ca és TiH 2 segítségével fejlesztenek.

Az 5. ábrán látható eljárások közül az indirekt eljárások terjedtek el (8. ábra), ahol szilárd fémporból indul a technológia, amihez habképző port kell keverni, majd megfelelő formában „keleszteni”, ezek azonban meglehetősen drágák és a habszerkezet egyenlőtlen. A direkt gázadagolásos eljárásoknál (6. ábra) a megfelelő külső alak tagolatlan (elsősorban síkszerű), a felületminőség nem biztosítható (durva, nyers felületek) és az utólagos megmunkálás igen költséges (7.ábra). Kézenfekvő, hogy olyan eljárásra lenne szükség, ahol a cellaméret egyenletes, az alakadás lehetséges és a habtermék külső felülete jó minőségű. Ezért kezdett 2008-ban saját fémhab előállító technológia fejlesztésébe egy magyar konzorcium az Admatis vezetésével. Ide kattintva részleteket tudhat meg a projektről.

Fémhab alapanyagok

  • alumínium
  • cink
  • nikkel
  • titán
  • acél
  • magnézium