کاربرد فوم فلزی سلول باز چیست؟

فوم‌های فلزی سلول باز، دسته‌ای نوین از مواد مهندسی با ساختاری منحصربه‌فرد هستند که از یک شبکه سه بعدی از سلول‌های متخلخل تشکیل شده‌اند. این ساختار، که در آن فضاهای خالی به طور پیوسته به یکدیگر متصل هستند، ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی غیرمعمولی را برای این مواد به ارمغان می‌آورد. برخلاف فلزات جامد، فوم‌های فلزی سلول باز دارای وزن بسیار کم، سطح ویژه بسیار بالا، قابلیت عبور سیال و گاز، و توانایی جذب انرژی قابل توجهی هستند. در این مقاله از مجموعه تولیدی بهین فوم گستر ماد به بررسی دقیق ساختار، روش‌های تولید و مهم‌ترین کاربردهای فوم‌های فلزی سلول باز در صنایع مختلف خواهیم پرداخت. انواع رول فوم و کفپوش در وای فوم تولید می شود.

ساختار فوم فلزی سلول باز چگونه است؟

ویژگی بارز فوم‌های فلزی سلول باز وای فوم، ساختار متخلخل آن‌هاست که در آن شبکه‌ای از شاخه‌های فلزی جامد، فضاهای خالی متعددی را ایجاد می‌کنند. این منافذ به صورت پیوسته به یکدیگر راه دارند، به این معنی که سیالات می‌توانند به راحتی از درون ساختار فوم عبور کنند. این اتصال بین سلول‌ها، تفاوت اساسی بین فوم‌های سلول باز و فوم‌های سلول بسته است. در فوم‌های سلول بسته، هر سلول به طور جداگانه توسط دیواره‌های فلزی احاطه شده است و هیچ راه ارتباطی مستقیمی بین سلول‌ها وجود ندارد. ساختار سلول باز فوم‌های فلزی را می‌توان با پارامترهای مختلفی توصیف کرد، از جمله تخلخل ، اندازه سلول ، و اندازه و شکل شاخه‌های فلزی. این پارامترها به طور مستقیم بر خواص فیزیکی و مکانیکی فوم تأثیر می‌گذارند.

روش‌های تولید فوم فلزی سلول باز

تولید فوم‌های فلزی سلول باز شامل تکنیک‌های مختلفی است که هر کدام مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند و می‌توانند ساختار و خواص متفاوتی را در فوم نهایی ایجاد کنند.

روش ریخته‌گری با استفاده از قالب فومی

یکی از روش‌های رایج تولید فوم فلزی سلول باز وای فوم، استفاده از یک قالب فومی پلیمری به عنوان الگو است. در این روش، ابتدا یک فوم پلیمری با ساختار سلول باز مورد نظر (معمولاً فوم پلی یورتان) تهیه می‌شود. سپس، این فوم پلیمری در یک دوغاب فلزی غوطه‌ور شده و پوششی از ذرات فلزی بر روی سطح آن ایجاد می‌شود. پس از خشک شدن این پوشش، فوم پلیمری در یک کوره با دمای بالا سوزانده می‌شود و ساختار فلزی متخلخل باقی می‌ماند. در نهایت، قطعه فلزی حاصل در دمای بالاتر زینتر می‌شود تا استحکام مکانیکی آن افزایش یابد. این روش امکان تولید فوم‌های فلزی با اشکال پیچیده و اندازه‌های مختلف را فراهم می‌کند و می‌تواند برای تولید فوم از فلزات و آلیاژهای گوناگون مورد استفاده قرار گیرد. کنترل دقیق اندازه سلول و تخلخل در این روش به کیفیت فوم پلیمری اولیه بستگی دارد.

روش متالورژی پودر

روش متالورژی پودر نیز یکی دیگر از روش‌های تولید فوم فلزی سلول باز وای فوم است. در این روش، پودر فلز با یک عامل فوم‌زا مخلوط می‌شود. سپس، این مخلوط در یک قالب فشرده شده و تحت حرارت قرار می‌گیرد. در طول فرآیند حرارت‌دهی، عامل فوم‌زا تجزیه شده و گاز تولید می‌کند که منجر به ایجاد ساختار متخلخل در داخل قطعه فلزی می‌شود. در نهایت، عامل فوم‌زا (در صورت استفاده از نمک) با شستشو از داخل فوم خارج می‌شود. این روش امکان کنترل دقیق بر تخلخل و اندازه منافذ را فراهم می‌کند و می‌تواند برای تولید فوم از فلزات و آلیاژهایی که به سختی ذوب می‌شوند، مناسب باشد. با این حال، تولید فوم‌های با تخلخل بسیار بالا و ساختار سلول باز کاملاً پیوسته با این روش ممکن است چالش‌برانگیز باشد.

روش رسوب‌دهی بخار شیمیایی (CVD)

روش رسوب‌دهی بخار شیمیایی یک روش پیشرفته برای تولید فوم‌های فلزی سلول باز وای فوم با ساختار بسیار منظم و کنترل شده است. در این روش، یک گاز پیش‌ساز فلزی در یک محفظه واکنش در دمای بالا بر روی یک بستر متخلخل جریان داده می‌شود. واکنش شیمیایی بر روی سطح بستر رخ داده و لایه‌ای نازک از فلز بر روی ساختار متخلخل رسوب می‌کند. پس از اتمام رسوب‌دهی، بستر اولیه با روش‌های شیمیایی حذف می‌شود و یک ساختار فومی فلزی با دیواره‌های نازک و ساختار سلولی بسیار منظم باقی می‌ماند. این روش امکان تولید فوم‌های فلزی با خلوص بالا و کنترل دقیق بر ضخامت دیواره‌های سلولی را فراهم می‌کند و برای کاربردهایی که نیاز به سطح ویژه بسیار بالا و ساختار یکنواخت دارند، بسیار مناسب است.

کاربردهای فوم فلزی سلول باز

ساختار منحصربه‌فرد فوم‌های فلزی سلول باز وای فوم، آن‌ها را برای طیف گسترده‌ای از کاربردها در صنایع مختلف مناسب ساخته است.

فیلتراسیون

یکی از مهم‌ترین کاربردهای فوم‌های فلزی سلول باز وای فوم، استفاده از آن‌ها به عنوان فیلتر است. ساختار متخلخل و سطح ویژه بالای این فوم‌ها، امکان جداسازی ذرات جامد از مایعات و گازها را با کارایی بالا فراهم می‌کند. فوم‌های فلزی می‌توانند در فیلتراسیون روغن‌ها، سوخت‌ها، مواد شیمیایی و همچنین در سیستم‌های تصفیه هوا و آب مورد استفاده قرار گیرند. مزیت استفاده از فوم‌های فلزی نسبت به فیلترهای سنتی در دوام بالاتر، قابلیت شستشو و استفاده مجدد، و مقاومت در برابر دما و فشار بالا است. همچنین، ساختار سلول باز این فوم‌ها باعث کاهش افت فشار در هنگام عبور سیال می‌شود که می‌تواند منجر به صرفه‌جویی در انرژی شود.

کاتالیزورها و بسترهای کاتالیستی

سطح ویژه بسیار بالای فوم‌های فلزی سلول باز وای فوم، آن‌ها را به بسترهای ایده‌آلی برای کاتالیزورها تبدیل کرده است. کاتالیزورهای فعال می‌توانند بر روی سطح این فوم‌ها نشانده شوند و واکنش‌های شیمیایی را با سرعت و کارایی بیشتری انجام دهند. ساختار متخلخل فوم، امکان تماس بهتر بین واکنش‌دهنده‌ها و سطح کاتالیزور را فراهم می‌کند و انتقال جرم و حرارت را بهبود می‌بخشد. فوم‌های فلزی می‌توانند به عنوان بسترهای کاتالیستی در مبدل‌های کاتالیزوری خودروها، راکتورهای شیمیایی، و سیستم‌های تصفیه گازهای خروجی صنایع مورد استفاده قرار گیرند. مقاومت حرارتی بالای فلزات، امکان استفاده از این کاتالیزورها را در دماهای بالا فراهم می‌کند. همچنین، ساختار مکانیکی قوی فوم‌های فلزی، از خرد شدن و از بین رفتن کاتالیزور در شرایط سخت کاری جلوگیری می‌کند.

جاذب‌های انرژی

فوم‌های فلزی سلول باز وای فوم به دلیل ساختار متخلخل و قابلیت تغییر شکل پلاستیک در هنگام اعمال بار، توانایی بالایی در جذب انرژی دارند. این ویژگی آن‌ها را برای کاربردهایی مانند ضربه‌گیرها در خودروها، محافظت از تجهیزات حساس در برابر ضربه و ارتعاش، و سیستم‌های میرایی ارتعاشات مناسب می‌سازد. هنگامی که یک بار به فوم فلزی وارد می‌شود، ساختار سلولی آن دچار تغییر شکل پلاستیک می‌شود و انرژی جنبشی بار را به انرژی تغییر شکل دائمی تبدیل می‌کند. میزان انرژی جذب شده به عواملی مانند دانسیته، اندازه سلول و نوع فلز بستگی دارد. فوم‌های فلزی می‌توانند در مقایسه با مواد جاذب انرژی سنتی، عملکرد بهتری در جذب انرژی ضربه از خود نشان دهند و پس از اعمال بار نیز ساختار خود را حفظ کنند.

اجزای سبک‌وزن

وزن بسیار کم فوم‌های فلزی سلول باز وای فوم در مقایسه با فلزات جامد، آن‌ها را به گزینه‌ای جذاب برای تولید اجزای سبک‌وزن در صنایع مختلف تبدیل کرده است. در صنایعی مانند خودروسازی و هوافضا، کاهش وزن قطعات می‌تواند منجر به بهبود عملکرد، کاهش مصرف سوخت و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای شود. فوم‌های فلزی می‌توانند به عنوان هسته در ساختارهای ساندویچی سبک‌وزن با استحکام بالا مورد استفاده قرار گیرند. در این ساختارها، لایه‌های نازکی از فلز جامد به عنوان پوسته و فوم فلزی به عنوان هسته عمل می‌کنند. این ساختارها دارای نسبت استحکام به وزن بسیار بالایی هستند.

کاربردهای حرارتی

ساختار متخلخل و سطح ویژه بالای فوم‌های فلزی سلول باز وای فوم، آن‌ها را برای کاربردهای حرارتی نیز مناسب می‌سازد. این فوم‌ها می‌توانند به عنوان مبدل‌های حرارتی با کارایی بالا مورد استفاده قرار گیرند. عبور سیال از داخل ساختار متخلخل فوم، باعث افزایش سطح تماس بین سیال و ماده جامد شده و انتقال حرارت را بهبود می‌بخشد. همچنین، ساختار سه بعدی فوم، جریان سیال را آشفته می‌کند که این امر نیز به افزایش انتقال حرارت کمک می‌کند. فوم‌های فلزی می‌توانند در سیستم‌های خنک‌کننده الکترونیکی، بازیاب‌های حرارتی و سایر کاربردهایی که نیاز به انتقال حرارت مؤثر دارند، به کار روند.

آیا فوم فلزی سلول باز قابل بازیافت است؟

فوم فلزی سلول باز به طور کلی قابل بازیافت است. فرآیند بازیافت معمولاً شامل ذوب کردن فوم و جداسازی فلز از هرگونه آلودگی احتمالی است. با این حال، به دلیل ساختار پیچیده فوم و حجم بالای منافذ، فرآیند بازیافت ممکن است نسبت به بازیافت فلزات جامد کمی پیچیده‌تر باشد و نیاز به روش‌های خاصی داشته باشد. توسعه روش‌های کارآمد و مقرون به صرفه برای بازیافت فوم‌های فلزی سلول باز از اهمیت بالایی برخوردار است.

مزایا استفاده از فوم فلزی سلول باز وای فوم

استفاده از فوم‌های فلزی سلول باز وای فوم مزایای قابل توجهی را به همراه دارد که در ادامه به این مزایا اشاره می کنیم. مزایای استفاده از فوم فلزی سلول بازوای فوم  به شرح زیر است:

وزن سبک: کاهش چشمگیر وزن در مقایسه با فلزات جامد.

سطح ویژه بالا: مناسب برای کاتالیزورها و فیلتراسیون.

قابلیت عبور سیال: کاربرد در فیلتراسیون و مبدل‌های حرارتی.

جذب انرژی بالا: مناسب برای ضربه‌گیرها و میرایی ارتعاشات.

استحکام مناسب به وزن: کاربرد در ساختارهای سبک‌وزن.

مقاومت حرارتی: امکان استفاده در دماهای بالا.

سخن پایانی

فوم‌های فلزی سلول باز، با ساختار منحصربه‌فرد و خواص برجسته‌ای که دارند، به عنوان مواد مهندسی پیشرفته، پتانسیل بسیار زیادی برای تحول در صنایع مختلف نشان داده‌اند. از بهبود کارایی فیلتراسیون و کاتالیزورها گرفته تا ارائه راهکارهای نوین در جذب انرژی و کاهش وزن سازه‌ها، این مواد نویدبخش کاربردهای نوآورانه و مؤثری هستند. با وجود چالش‌های موجود در زمینه تولید و هزینه، تحقیقات و توسعه مستمر در این حوزه، به تدریج راه را برای تولید مقرون به صرفه‌تر و با کیفیت‌تر این فوم‌ها هموار خواهد کرد و انتظار می‌رود که در آینده شاهد کاربرد گسترده‌تری از آن‌ها در صنایع مختلف باشیم.

سوالات متداول

فوم فلزی سلول باز چه تفاوتی با فلز جامد دارد؟

فوم فلزی سلول باز دارای ساختاری متخلخل است که در آن حجم زیادی از فضا به صورت منافذ پیوسته وجود دارد، در حالی که فلز جامد ساختاری متراکم و بدون منفذ دارد. این تفاوت ساختاری منجر به خواص بسیار متفاوت بین این دو ماده می‌شود. فوم فلزی بسیار سبک‌تر است، سطح ویژه بالاتری دارد و قابلیت عبور سیال را دارد، در حالی که فلز جامد چگال‌تر و مستحکم‌تر است و سیالات نمی‌توانند از آن عبور کنند.

در چه صنایعی بیشترین کاربرد فوم فلزی سلول باز دیده می‌شود؟

در حال حاضر، بیشترین کاربردهای فوم فلزی سلول باز در صنایعی مانند فیلتراسیون (به ویژه برای سیالات و گازهای با دمای بالا)، به عنوان بسترهای کاتالیستی در صنایع شیمیایی و خودروسازی، در ساخت ضربه‌گیرها و جاذب‌های انرژی، و در تولید اجزای سبک‌وزن در صنایع هوافضا و خودروسازی دیده می‌شود.