Pianka metalowa radzi sobie z ciepłem lepiej niż stal, wynika z badań

Jak naprawić małe wgniecenie? (Czerwiec 2019).

Anonim

W nowym badaniu przeprowadzonym przez naukowców z North Carolina State University odkryto, że nowe lekkie pianki z kompozytów metali (CMF) są znacznie bardziej skuteczne w izolowaniu od wysokiej temperatury niż konwencjonalne metale podstawowe i stopy, z których są wykonane, takie jak stal. Odkrycie oznacza, że ​​CMF jest szczególnie obiecujący do użytku w przechowywaniu i transporcie materiałów jądrowych, materiałów niebezpiecznych, materiałów wybuchowych i innych materiałów wrażliwych na ciepło, a także do eksploracji kosmosu.

"Obecność kieszeni powietrznych wewnątrz CMF czyni go tak skutecznym w blokowaniu ciepła, głównie dlatego, że ciepło podróżuje wolniej w powietrzu niż przez metal" - mówi Afsaneh Rabiei, profesor inżynierii mechanicznej i lotniczej w NC State oraz autor korespondencji Praca. Kompozytowa pianka metalowa składa się z metalowych wydrążonych kul - wykonanych z materiałów takich jak stal węglowa, stal nierdzewna lub tytan - osadzonych w metalowej matrycy wykonanej ze stali, aluminium lub stopów metali.

"Opracowaliśmy dwie technologie produkcji CMF" - mówi Rabiei. "Jeden opiera się na odlewaniu materiału matrycy o niskiej temperaturze topnienia, takiego jak aluminium, wokół wydrążonych kul wykonanych z materiału o wyższej temperaturze topnienia, takiego jak stal, co tworzy aluminiowo-stalowe CMF, na przykład. spiekanie lub wypalanie proszku matrycy wokół prefabrykowanych pustych kulek, w wyniku czego powstają CMF, takie jak stal-stal, które składają się ze stalowych wydrążonych kul w stalowej matrycy. "

W jednym teście badacze wystawili próbki 2, 5-calowego stalowego CMF o wymiarach 2, 5 cala na 2, 5 cala ze stali i stali o grubości 0, 75 cala do ognia o średniej temperaturze płomienia 800 stopni Celsjusza przez 30 minut z jednej strony i monitorowali materiał, aby zobaczyć ile czasu zajmie ciepło docierające do przeciwnej strony próbki. W przypadku kawałka stali nierdzewnej o tych samych wymiarach, co próbka CMF, potrzeba było tylko czterech minut, aby osiągnąć 800 stopni Celsjusza przez całą grubość próbki. Ale minęło osiem minut, aż stalowo-stalowa płyta CMF osiągnęła tę samą temperaturę.

"Wiedzieliśmy już, że CMF są lekkimi materiałami o znakomitej odporności na uderzenia o dużej prędkości i skutecznym zabezpieczeniu przed promieniowaniem, teraz wiemy, że może on wytrzymać wysokie temperatury" - mówi Rabiei. "Ta różnica w przewodności cieplnej oznacza, że ​​zastosowanie kompozytowych pianek metalowych może pomóc uniknąć okoliczności, w których wypadki mogą prowadzić do wybuchów."

Naukowcy odkryli również, że kompozytowa pianka metalowa wykonana w całości ze stali nierdzewnej rozszerza się o 80 procent mniej niż stal nierdzewna w temperaturze 200 stopni Celsjusza - a różnica wzrasta w wyższych temperaturach. Inną godną uwagi zaletą jest to, że kompozytowa pianka metaliczna rozszerza się z dość stałą szybkością po wystawieniu na działanie wysokiej temperatury - podczas gdy konwencjonalne metale i stopy metali, takie jak stal nierdzewna, rozszerzają się szybciej wraz ze wzrostem temperatury.

"Nasze odkrycia sugerują, że CMF może oferować wyjątkowo dobrą izolację termiczną, doskonałą stabilność termiczną i doskonałe właściwości ognioodporne w porównaniu z dostępnymi w handlu materiałami, takimi jak stal nierdzewna", mówi Rabiei.

Artykuł "Eksperymentalne i obliczeniowe badania właściwości cieplnych i ognioodpornych kompozytowych pianek metalowych" został opublikowany w International Journal of Thermal Sciences.

menu
menu