Исследователи Университета штата Северная Каролина выяснили, что новые легкие композитные металлические пены (CMF) являются значительно более эффективными для изолирования от высокой температуры, чем обычные металлы и сплавы, такие как сталь. Этот вывод означает, что CMF особенно перспективны для использования при хранении и транспортировке ядерных и других опасных материалов, взрывчатых веществ, прочих чувствительных к температуре материалов, а также для исследования космоса.

"Наличие воздушных пустот внутри CMF очень эффективно блокирует тепло, в основном, потому что теплопередача по воздуху более медленная, чем через металл", - говорят исследователи. Металлический пенокомпозит состоит из металлических полых сфер - изготовленных из таких материалов, как углеродистая сталь, нержавеющая сталь или титан - встроенных в металлическую матрицу из стали, алюминия или металлических сплавов.

Credit: North Carolina State University

"Мы разработали две технологии изготовления CMF", - говорят ученые. - "Один из них основан на литье материала матрицы с низкой температурой плавления, такой как алюминий, вокруг полых шариков, изготовленных из материала с более высокой температурой плавления, таких как сталь. Это создает алюминиево-стальной пенокомпозит. Другой способ основан на спекании порошка матрицы вокруг готовых полых сфер. Это создает CMF, такие как сталь-сталь, которые состоят из стальных полых сфер в стальной матрице".

В одном испытании исследователи подвергали образцы CMF сталь-сталь размерами 2,5 дюйма х 2,5 дюйма, 0,75 дюйма толщиной воздействию пламени с температурой не менее 800 0С в течение 30 минут с одной стороны и замеряли за какое время температура достигнет противоположной стороны образца. Для образца нержавеющей стали с теми же размерами, что и образец CMF, это время составило всего четыре минуты. Но для CMF сталь-сталь потребовалось восемь минут для достижения той же температуры.

Ученые уже знали, что CMF являются легкими материалами с выдающейся ударопрочностью и эффективными для радиационной защиты, теперь они выяснили, что они могут выдерживать высокую температуру.

Исследователи также обнаружили, что композитная металлическая пена, изготовленная полностью из нержавеющей стали, расширяется на 80 % меньше, чем нержавеющая сталь при температуре 200 0С - и разница увеличивается при более высоких температурах. Еще одним преимуществом является то, что композитная металлическая пена расширяется с довольно постоянной скоростью при воздействии высокой температуры - в то время как обычные металлы и сплавы, такие как нержавеющая сталь, расширяются быстрее при увеличении температуры.

Результаты исследования показывают, что CMF могут обеспечить очень хорошую теплоизоляцию, высокую термическую стабильность и отличные огнезащитные свойства по сравнению с коммерчески доступными материалами, такими как нержавеющая сталь.

Источник: Shuo Chen, Jacob Marx, Afsaneh Rabiei. Experimental and computational studies on the thermal behavior and fire retardant properties of composite metal foams . International Journal of Thermal Sciences, 2016; 106: 70 DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2016.03.005.

 

Энергетика и промышленность России - информационный портал           Научный журнал “Видеонаука          Наука и технологии России − STRF.ru

Другие партнёры сайта