1. Kas ir metāla putas un alumīnija putas
Vēstures gaitā metāla putu atklāšana ir svarīgs pavērsiens visā materiālu inženierijas jomā. Metāla putas ir materiāls, kas sastāv no metāla konstrukcijas, kurā ir liels poru skaits un kas gar konstrukciju ir piepildīts ar gāzi [2]. Šo metāla putu poras var būt savstarpēji savienotas vai noslēgtas, un tās attiecīgi sauc par atvērto šūnu putām un slēgtu šūnu putām, kā parādīts 2. attēlā (a) (b) [3]. Starp tiem alumīnija putu materiāls pašlaik ir visdaudzsološākais putu metāls, pateicoties tā augstajai porainībai, zemam blīvumam, vieglam svaram, augstajai izturībai, labajai saspiežamībai, spēcīgai triecienu absorbcijai, labam skaņas absorbcijas veiktspējai un labam elektromagnētiskās ekranēšanas veiktspējai. Lielisks sniegums, tāpēc pazīstams kā "metāla zvaigzne" [4], ko plaši izmanto citās apstrādes metodēs kosmosa inženierijas, ražošanas un fizisko zinātņu jomā.
2. attēls. Putuplasta alumīnija strukturālie raksturlielumi: (a) Atvērto šūnu alumīnija putas; (B) Slēgto šūnu alumīnija putas [3]
2. Alumīnija putu atklāšana
Visā vēsturē tādi materiāli kā kauls, koks un pumeks ir plaši izmantoti ilgu laiku. Daudzi pētnieki prognozē, ka šo materiālu lietderība ir veicinājusi mākslīgo materiālu, piemēram, metāla putu, ražošanu. Lai gan lielākā daļa pašlaik izmantoto putošanas tehnoloģiju ir ierosinātas kopš 1950. gadiem, pētījumi liecina, ka alumīnija putu atklāšana ir meklējama 1926. gadā, kad Ma De Meller pirmo reizi pieminēja metāla putošanu Francijas patentā. Mellers savulaik ierosināja, ka metāla putošanas procesu var panākt, ievadot inertu gāzi izkausētajā metālā vai izmantojot putotāju, piemēram, karbonātu izkausētajā metālā. Lai gan šis ir tikai patents, kas balstīts uz ideju, tas liek pamatu nākamajiem soļiem, kas nepieciešami alumīnija putu izstrādē. Džons K. Eliots šo ideju attīstīja tālāk 20 gadus vēlāk, izstrādājot atjauninātu Mellera patenta versiju un ieviešot pirmās pieejamās alumīnija putas, kas savukārt veicināja materiāla komercializāciju Japānā deviņdesmitajos gados. Izlaidums lika pamatus [5].
3. Alumīnija putu veiktspēja un pielietojums
Putotais alumīnijs ir metāls ar augstu porainību un porainu struktūru, kurā noslēgtās poras veido apmēram trīs ceturtdaļas no metāla materiāla kopējā tilpuma, padarot materiālu ļoti vieglu [7]. Papildus iepriekšminētajām īpašībām alumīnija putuplastam ir arī iespaidīgas enerģijas absorbcijas īpašības un augsta saspiežamība [7]. Attiecībā uz blīvumu pētnieki atklāja, ka lielākajai daļai alumīnija putu paraugu blīvums ir aptuveni 0,4-1,2 g·cm-3 [6]. Turklāt alumīnija putām ir arī skaņas absorbcija, otrreizēja pārstrāde un zema siltumvadītspēja [7].
Pielietojuma ziņā alumīnija putu elektromagnētiskais ekranējums, vieglais svars un absorbējošās īpašības padara to par ideālu kandidātu komponentiem, ko izmanto kontrolētās kodolsintēzes ierīcēs, automobiļos, kosmosa un būvniecības nozarēs, jo tās ir izturīgas pret ekstremālām fiziskām vidēm. Kontrolējamā kodolsintēzes ierīcē slēgtu šūnu alumīnija putas ir lielisks elektromagnētiskais ekranēšanas materiāls. Pateicoties alumīnija putu skeleta savstarpējai savienošanai, tam ir milzīgs īpatnējais virsmas laukums un laba spēja absorbēt un atstarot elektromagnētiskos viļņus. Rodas dažādi zudumi, piemēram, absorbcijas zudumi, atstarošanas zudumi utt., tāpēc putu alumīnijam ir lieliska elektromagnētiskā ekranēšana. Turklāt tika arī konstatēts, ka putu alumīnija elektromagnētiskās ekranēšanas efektivitātei bija tendence vispirms samazināties un pēc tam palielināties, palielinoties elektromagnētisko viļņu frekvencei [3]. Aviācijas un kosmosa rūpniecībā putotu alumīniju izmanto kosmosa konusu vai turbīnu detaļu izgatavošanai. Putu alumīnija zemās kvalitātes dēļ tas ir īpaši noderīgs gaisa kuģa sastāvdaļu kopējā svara samazināšanai [7]. Un kā lielisks enerģiju absorbējošs materiāls putu alumīnijs tiek izmantots kosmosa kuģa buferu, vibrācijas absorbētāju un kosmosa kuģa atgriešanās kabīnes apakšdaļas ražošanai, lai kosmosa kuģis varētu sasniegt drošu nosēšanos un aizsargāt astronautu un kosmosa aprīkojuma drošību. Pateicoties efektīvai enerģijas absorbcijai un triecienu absorbcijai, putotais alumīnijs var nodrošināt astronautu drošību kosmosa kuģa nosēšanās triecienā, kā parādīts 3. attēlā [8].
3. attēls. Uzlabota triecienizturīgā tilpnes struktūra[8]
1-augšējā āda; 2-putu alumīnija stīgas; 3-apakšējā āda
Automobiļu rūpniecībā putu alumīnijs palīdz samazināt kopējo rāmī izmantoto detaļu skaitu, padara montāžas procesu efektīvāku un galu galā palīdz samazināt izmaksas un uzlabot veiktspēju [7]. Pašlaik putu alumīnijs tirgū tiek izmantots pretsadursmes stieņos, sijās un durvju sijās automobiļu virsbūves konstrukcijās, kā parādīts 4. attēlā [9-10].
4. attēls. (a) ir diagramma ar daļēju enerģiju absorbējošām automašīnas virsbūves daļām;
(B) Putu alumīnija pretsadursmes stieņa shematiskā diagramma
Būvniecības nozarē putu alumīnijs galvenokārt tiek izmantots kā aizsargājoša, ugunsdroša barjera, lai novērstu spēcīgu troksni. Tipisks slēgto šūnu alumīnija putu pielietojums arhitektūrā ir Shanghai SOHO Fuxing Plaza. Dizaineris izmanto lielu daudzumu putu alumīnija, lai absorbētu un izolētu skaņu, kā parādīts 6. attēlā [11].
Alumīnija putu atklāšana tiek uzskatīta par ievērojamu sasniegumu. Putu alumīnija materiāls apvieno izcilu elektromagnētisko ekranēšanas veiktspēju, vieglu svaru, zemu blīvumu, triecienu absorbciju un enerģijas absorbcijas veiktspēju, tāpēc tam ir ļoti laba veiktspēja dažādās nozarēs mūsdienās. Plaša pielietojamība. Interesanti, ka alumīnija putuplasts ir arī videi draudzīgs produkts, ko var pārstrādāt, kas nozīmē, ka tas ir ilgtspējīgs materiāls un ir paredzēts izmantot lielos daudzumos nākotnē rūpnieciskos lietojumos.
Izlikšanas laiks: 30. novembris 2021
