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자연에서 영감을 받았지만 철만큼 강함 : 메탈 폼은 무엇에 사용됩니까?

자연에서 영감을 받았지만 철만큼 강함 : 메탈 폼은 무엇에 사용됩니까?

자연에서 영감을 받고 금속의 강도를 결합한 금속 폼은 산업 분야에서 많은 흥미로운 응용 분야를 가지고 있습니다. 그들은 다양한 금속으로 만들 수 있으며 매우 가볍고 강한 경향이 있습니다.

여기서 우리는 금속 폼이 무엇인지, 어떻게 만들어 졌는지 살펴보고 사용 위치를 간략히 살펴 봅니다.

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금속 폼은 무엇으로 만들어 졌습니까?

금속 폼은 단단한 금속 (예 : 알루미늄)과 많은 가스로 채워진 구멍으로 구성된 세포 구조를 가지고 있습니다. 기공은 밀봉 (폐쇄 셀 폼) 또는 상호 연결 (개방 셀 폼) 할 수 있습니다. 금속 폼은 매우 가볍지 만 매우 강합니다. 그들의 세포 구조는 뼈, 나무 또는 바다 스폰지와 같은 것들에서 자연계에서 종종 발견되는 것과 유사합니다.

금속 폼은 알루미늄으로 만들어지는 경향이 있지만 티타늄, 탄탈륨, 구리, 아연 또는 납을 포함한 다양한 다른 금속으로 만들어 질 수 있습니다.

이러한 금속 세포 구조는 가스로 채워진 기공의 큰 부피 분율을 가지고 있습니다.

"이러한 기공은 밀봉 (폐쇄 형 셀 폼) 또는 상호 연결된 네트워크 (개방형 셀 폼) 일 수 있습니다. 폐쇄 형 셀 폼은 금속 폼이라고하며 개방형 셀 폼은 간단히 azom.com에 따르면 다공성 금속입니다.

금속 폼은 특히 재료 과학자에게 특히 유용한 몇 가지 매우 중요한 핵심 기능을 가지고 있습니다.

금속 폼의 주요 특성은 다음과 같습니다 (azom.com에 대한 크레딧).

  • 초경량 소재 (75–95% 볼륨의 빈 공간으로 구성됨),
  • 매우 높은 다공성,
  • 우수한 에너지 흡수 특성과 결합 된 높은 압축 강도,
  • 열전도율이 낮고,
  • 고강도.

금속 발포체는 무엇에 사용됩니까?

금속 폼은 다양한 용도로 사용됩니다. 여기에는 건축 자재에서 생물 의학 솔루션에 이르기까지 다양합니다.

몇 가지 주목할만한 예는 다음과 같습니다 (azom.com 제공).

  • 폐쇄 형은 내 하중 기능이 필요한 구조적 응용 분야와 차량의 중량 절감 및 충격 흡수 구조에 사용됩니다.
  • 개방형 제품은 고온에서의 진동 및 흡음, 여과 및 촉매 작용, 열교환 및 의료 기기에 이상적입니다.
  • 개방형은 여과 및 댐핑과 같은 기능적 응용 분야에서도 유용합니다.
  • 폼 메탈은 동물 실험용 보철물로 사용되고 있습니다.
  • 고강도 금속 폼은 고용량 충격 에너지 흡수제 역할을 할 수 있습니다.
  • 자동차 산업에서 폼은 자동차 프레임의 부품 수를 줄이고 조립을 용이하게하여 비용을 줄이고 성능을 향상시키는 데 사용됩니다.

금속 폼은 어떻게 만들어 집니까?

금속 폼은 일련의 단계를 통해 형성됩니다. 첫째, 금속 용융물은 용융 금속에 기포를 생성하여 발포됩니다.

가스 거품은 금속 용융물보다 밀도가 낮고 부력이 높기 때문에 표면으로 올라갑니다. 이를 막기 위해 용융 금속의 밀도를 증가시켜 용융물에 기포를 가두어 둡니다.

이를 위해 미세 세라믹 분말이 종종 사용되거나 용융 금속의 입자를 안정화하기 위해 합금 원소가 사용됩니다.

기포의 도입은 세 가지 방법 중 하나를 통해 수행 할 수 있습니다. 가장 자주 사용되는 방법은 다음과 같습니다 (azom.com에 대한 크레딧).

  • 외부 소스에서 액체 금속으로 가스를 주입합니다.
  • 액체에 방금 용해 된 기체의 침전을 유발합니다.
  • 가스 방출 발포제를 용융물에 혼합하여 액체에서 현장 가스 형성을 유발합니다.

금속 분말 또는 금속 칩은 티타늄 하이드 라이드 또는 기타 폭발 제와 혼합하여 금속의 융점 이상으로 가열 할 수도 있습니다. 이 과정에서 가스 상태의 수소가 방출되어 혼합물을 발포합니다.

티타늄 폼은 무엇에 사용됩니까?

티타늄 금속 폼은 매우 낮은 밀도의 투과성 소재로 다양한 용도로 사용됩니다. 그 정의 특성은 대부분 공극 공간으로 구성된 매우 높은 다공성 (부피 기준 75 ~ 95 %)입니다.

이 믿을 수 없을 정도로 강한 금속 폼은 다음 용도로 자주 사용됩니다.

  • 단열재,
  • 방음,
  • 환경 오염 물질의 흡착,
  • 용융 금속 합금의 여과 및
  • 넓은 내부 표면적이 필요한 촉매 용 기질로 사용됩니다.

티타늄 폼에는 다른 제한된 의료 용도도 있습니다. 일부 연구자들은 손실되거나 손상된 뼈를 대체하기 위해 초강력 임플란트로 사용하려고 시도했습니다.

fraunhofer.de는 "TiFoam 프로젝트에서 연구 파트너는 결함이있는 척추체를 대체하기위한 티타늄 폼의 생존 가능성을 입증하는 데 집중했습니다. 폼은 다른 심한 스트레스를받는 뼈를 복구하는 데 똑같이 적합합니다."라고 말합니다.

알루미늄은 다공성 금속입니까?

일부 형태의 알루미늄은 실제로 다공성입니다. 그들은 금속 발포체와 약간의 유사성을 가지고 있습니다.

주요 차이점은 제조 공정에 있습니다. 다공성 알루미늄은 금속을 결정 염과 함께 원하는 모양으로 주조하여 형성됩니다.

성형이 완료되면 소금을 씻어냅니다. 이 과정은 소금을 녹이고 제거합니다. 소금 알갱이가 포함 된 영역은 공정 후 모공으로 남습니다.

이 다공성 알루미늄은 금속 폼에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 예를 들어, 금속 폼 생산의 주요 어려움 중 하나는 금속과 폭발 제의 올바른 조합을 찾는 것입니다. 또 다른 어려움은 거품에 필요한 질감을 만들기 위해 올바른 온도와 가열 시간을 찾는 것입니다.

이 때문에 기공률, 기공 크기 및 기공 분포가 어떻게 나타날지 예측하기 어렵습니다.

"이러한 이유로 간단한 제조 기술을 갖춘 다공성 알루미늄은 귀중한 대안입니다. 정밀하게 정의 된 광범위한 필터 등급은 5µm ~ 250µm 응용 프로그램을 정확하게 구별 할 수 있습니다. 다공성 부품과 비 다공성 부품 사이의 매우 강력한 캐스트 인터페이스는 다양한 응용 분야를 열어줍니다. "라고 다공성 알루미늄 .com은 말합니다.

다공성 알루미늄과 금속 폼의 주요 차이점 중 일부는 다음과 같습니다.

  • 정밀하게 정의 된 광범위한 필터 등급 5µm ~ 250µm,
  • 다공성 부품과 비 다공성 부품 사이의 매우 강력한 주조 인터페이스,
  • 주물 구조로 인한 극한의 강도,
  • 간단한 후 처리 (예 : 스레딩) 및
  • 비용 효율적인 제조 기술.

스테인리스 강은 다공성입니까?

스테인리스 강은 본질적으로 다공성이 아니지만 다공성 스테인리스 강을 만들 수 있습니다. 예를 들어 Universidade Federal de São Paulo의 연구팀은 의료용으로 다공성 스테인리스 강을 생산할 수있었습니다.

"오스테 나이트 계 스테인리스 강은 높은 부식 및 피로 저항성과 높은 파괴 인성과 같은 특성으로 인해 정형 외과 용 임플란트와 같은 생물 의학 분야에서 자주 사용됩니다. 생체 적합성 외에도 이러한 특성은 생물 의학 용 재료의 선택 및 적응에 중요합니다. 응용 프로그램 "은 researchgate.net의 재료 연구 기사에 주목합니다.


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