 В ходе нового исследования обнаружилось, что легкие композитные металлические пены (composite metal foams, CMF) гораздо более эффективны для изоляции объектов от жары, чем традиционные металлы или сплавы.
Находка из Университета Северной Каролины означает, что такие пены имеют особенно многообещающее применение для хранения и перевозки радиоактивных материалов, потенциально опасных веществ, взрывчатых веществ, а также других материалов, чувствительных к повышению температуры, а кроме того, конечно, в авиакосмической сфере.
«Присутствие воздушных карманов в пене CMF – как раз то, что делает ее такой эффективной для блокирования высоких температур. В основном это происходит из-за того, что тепло проходит через воздух медленнее, чем через металлы», говорит Афсанех Рабией, профессор механической и авиакосмической инженерии Университета Северной Каролины, ведущий ученый проекта.
В соответствии со статьей, в которой опубликованы результаты исследования, композитная металлическая пена состоит из металлических полых сфер, сделанных из таких материалов, как углеродная сталь, нержавеющая сталь или титан, и встроенных в металлическую матрицу, изготовленную из стали, алюминия или металлических сплавов.
«Мы разработали две технологии для получения композитной пены», говорит Рабией. «Одна из них заключается в следующем: легкоплавкий материал, вроде алюминия, покрывает полые сферы, сделанные из более тугоплавких материалов, например, из стали. Таким образом получается алюминиево-стальная пена. Другая технология основана на агломерации. Вещество насыпается на специально подготовленные пустые сферы. Так получаются другие виды пен CMF, например, состоящая из стальных полых сфер и стальной же матрицы».
В одном из тестов исследователи подвергли образцы пены сталь-сталь размерами 2,5 на 2,5 дюйма и толщиной 0,75 дюймов огню со средней температурой пламени 800 градусов Цельсия на период в 30 минут с одной стороны. Ученые наблюдали за материалом, чтобы отследить, как быстро тепло достигнет обратной стороны образца. Для того, чтобы в таких же условиях тепло достигло другой стороны образца нержавеющей стали тех же размеров, потребовалось 4 минуты. Однако, для композитной пены это время составило 8 минут.
«Мы давно знали, что пены CMF – это легковесные материалы с выдающимися качествами: сопротивляемостью, крепостью, защитой от радиации, а теперь мы обнаружили, что пены жаростойки», говорит Рабией. «Такой показатель теплопроводности означает, что с использованием композитных металлических пен можно избежать несчастных случаев, связанных с горючими и взрывчатыми веществами».
Исследователи обнаружили также, что композитные металлические пены, целиком сделанные из нержавеющей стали, на 80% меньше подвержены тепловому расширению, чем обычная сталь, а в условиях высоких температур пены выигрывают еще больше.
Из Университета Северной Каролины сообщают и о другом заслуживающем внимания преимуществе композитных металлических пен – они расширяются относительно равномерно при подвержении воздействию высоких температур. Обычные металлы и сплавы, такие, как нержавеющая сталь, начинают расширяться резко с увеличением температуры.
«Наши находки показали, что такие пены могут быть использованы для теплоизоляции, предлагая превосходную термическую стабильность и высокий уровень ингибиции пламени по сравнению с повсеместно используемыми материалами», говорит ученая.
|
