1.โฟมโลหะและโฟมอลูมิเนียมคืออะไร
ตลอดประวัติศาสตร์ การค้นพบโฟมโลหะถือเป็นก้าวสำคัญในการปฏิวัติของสาขาวิศวกรรมวัสดุทั้งหมด โฟมโลหะเป็นวัสดุที่ประกอบด้วยโครงสร้างโลหะที่มีรูพรุนจำนวนมากและเต็มไปด้วยก๊าซตามโครงสร้าง [2] รูพรุนของโฟมโลหะเหล่านี้สามารถเชื่อมต่อกันหรือปิดผนึกได้ และเรียกว่าโฟมเซลล์เปิดและโฟมเซลล์ปิดตามลำดับ ดังที่แสดงในรูปที่ 2(a)(b) [3] ในบรรดาวัสดุเหล่านี้ วัสดุโฟมอลูมิเนียมเป็นโฟมโลหะที่มีแนวโน้มมากที่สุดในปัจจุบัน เนื่องจากมีรูพรุนสูง ความหนาแน่นต่ำ น้ำหนักเบา มีความแข็งแรงสูง บีบอัดได้ดี ดูดซับแรงกระแทกได้ดี มีประสิทธิภาพในการดูดซับเสียงดี และมีคุณสมบัติในการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดี ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมจึงเรียกกันว่า "ดาวโลหะ" [4] ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในวิธีการประมวลผลอื่นๆ ในสาขาวิศวกรรมอวกาศ การผลิต และวิทยาศาสตร์กายภาพ
รูปที่ 2 ลักษณะโครงสร้างของโฟมอะลูมิเนียม: (ก) โฟมอะลูมิเนียมเซลล์เปิด (ข) โฟมอะลูมิเนียมเซลล์ปิด [3]
2. การค้นพบโฟมอะลูมิเนียม
ตลอดประวัติศาสตร์ วัสดุต่างๆ เช่น กระดูก ไม้ และหินภูเขาไฟ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมาเป็นเวลานาน นักวิจัยหลายคนคาดการณ์ว่าประโยชน์ใช้สอยของวัสดุเหล่านี้ช่วยส่งเสริมการผลิตวัสดุที่มนุษย์สร้างขึ้น เช่น โฟมโลหะ แม้ว่าเทคโนโลยีโฟมส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันได้รับการเสนอมาตั้งแต่ทศวรรษที่ 1950 แต่การศึกษาวิจัยแสดงให้เห็นว่าการค้นพบโฟมอะลูมิเนียมสามารถสืบย้อนไปได้ถึงปี 1926 เมื่อ Ma De Meller กล่าวถึงโฟมโลหะเป็นครั้งแรกในสิทธิบัตรของฝรั่งเศส Meller เคยเสนอว่ากระบวนการโฟมโลหะสามารถทำได้โดยการนำก๊าซเฉื่อยเข้าไปในโลหะหลอมเหลว หรือโดยใช้ตัวแทนโฟม เช่น คาร์บอเนตในโลหะหลอมเหลว แม้ว่านี่จะเป็นเพียงสิทธิบัตรที่อิงตามแนวคิดนี้ แต่ก็ได้วางรากฐานสำหรับขั้นตอนต่อไปที่จำเป็นในการพัฒนาโฟมอะลูมิเนียม John C. Elliott ได้พัฒนาแนวคิดนี้เพิ่มเติมอีก 20 ปีต่อมา โดยออกแบบสิทธิบัตร Meller เวอร์ชันอัปเดตและแนะนำโฟมอะลูมิเนียมรุ่นแรกที่มีจำหน่าย ซึ่งส่งผลให้วัสดุดังกล่าวสามารถนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ในญี่ปุ่นในช่วงทศวรรษที่ 1990 การปล่อยตัววางรากฐาน[5]
3. ประสิทธิภาพและการใช้งานของอลูมิเนียมโฟม
อะลูมิเนียมโฟมเป็นโลหะที่มีรูพรุนและโครงสร้างรูพรุนสูง ซึ่งรูพรุนที่ปิดสนิทคิดเป็นประมาณสามในสี่ของปริมาตรทั้งหมดของวัสดุโลหะ ทำให้วัสดุมีน้ำหนักเบามาก [7] นอกจากลักษณะที่กล่าวข้างต้นแล้ว อะลูมิเนียมโฟมยังมีคุณสมบัติการดูดซับพลังงานที่น่าประทับใจและการบีบอัดได้สูง [7] สำหรับความหนาแน่น นักวิจัยพบว่าความหนาแน่นของตัวอย่างอะลูมิเนียมโฟมส่วนใหญ่อยู่ที่ประมาณ 0.4-1.2 g·cm-3 [6] นอกจากนี้ อะลูมิเนียมโฟมยังมีคุณสมบัติการดูดซับเสียง ความสามารถในการรีไซเคิล และการนำความร้อนต่ำ [7]
ในแง่ของการใช้งาน การป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า น้ำหนักเบา และคุณสมบัติการดูดซับของโฟมอะลูมิเนียมทำให้เหมาะที่จะใช้เป็นส่วนประกอบที่ใช้ในอุปกรณ์ฟิวชันนิวเคลียร์ที่ควบคุมได้ ยานยนต์ อวกาศ และอุตสาหกรรมก่อสร้าง เนื่องจากมีความทนทานต่อสภาพแวดล้อมทางกายภาพที่รุนแรง ในอุปกรณ์ฟิวชันนิวเคลียร์ที่ควบคุมได้ โฟมอะลูมิเนียมเซลล์ปิดเป็นวัสดุป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม เนื่องจากโครงโฟมอะลูมิเนียมเชื่อมต่อกัน จึงมีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่และมีความสามารถในการดูดซับและสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดี เกิดการสูญเสียต่างๆ เช่น การสูญเสียการดูดซับ การสูญเสียการสะท้อน ฯลฯ ทำให้โฟมอะลูมิเนียมมีประสิทธิภาพในการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม นอกจากนี้ ยังพบว่าประสิทธิภาพในการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของโฟมอะลูมิเนียมมีแนวโน้มลดลงก่อนแล้วจึงเพิ่มขึ้นตามความถี่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น [3] ในอุตสาหกรรมอวกาศ โฟมอะลูมิเนียมใช้ทำกรวยอวกาศหรือชิ้นส่วนกังหัน เนื่องจากโฟมอะลูมิเนียมมีคุณภาพต่ำ จึงมีประโยชน์อย่างยิ่งในการลดน้ำหนักรวมของส่วนประกอบเครื่องบิน [7] นอกจากนี้ เนื่องจากเป็นวัสดุดูดซับพลังงานที่ดีเยี่ยม อลูมิเนียมโฟมจึงถูกนำมาใช้ในการผลิตบัฟเฟอร์ของยานอวกาศ ตัวดูดซับการสั่นสะเทือน และส่วนล่างของห้องส่งกลับของยานอวกาศ ทำให้ยานอวกาศสามารถลงจอดได้อย่างปลอดภัยและปกป้องความปลอดภัยของนักบินอวกาศและอุปกรณ์ในอวกาศ ด้วยการดูดซับพลังงานและแรงกระแทกที่มีประสิทธิภาพ อลูมิเนียมโฟมจึงสามารถรับประกันความปลอดภัยของนักบินอวกาศภายใต้แรงกระแทกจากการลงจอดของยานอวกาศได้ ดังที่แสดงในรูปที่ 3 [8]
รูปที่ 3 โครงสร้างบางส่วนของห้องเครื่องที่ทนทานต่อแรงกระแทกได้รับการปรับปรุง[8]
1. ผิวด้านบน 2. ไม้ค้ำอลูมิเนียมโฟม 3. ผิวด้านล่าง
ในอุตสาหกรรมยานยนต์ โฟมอะลูมิเนียมช่วยลดจำนวนชิ้นส่วนทั้งหมดที่ใช้ในโครง ทำให้กระบวนการประกอบมีประสิทธิภาพมากขึ้น และสุดท้ายช่วยลดต้นทุนและปรับปรุงประสิทธิภาพ [7] ปัจจุบัน โฟมอะลูมิเนียมใช้ในแถบป้องกันการชน คาน และคานประตูในโครงสร้างตัวถังรถยนต์ในท้องตลาด ดังที่แสดงในรูปที่ 4 [9-10]
รูปที่ 4.(ก) เป็นแผนภาพแสดงส่วนดูดซับพลังงานบางส่วนของตัวถังรถยนต์
(B) แผนผังของแท่งกันชนโฟมอลูมิเนียม
ในอุตสาหกรรมก่อสร้าง การใช้อลูมิเนียมโฟมเป็นหลักคือเป็นฉนวนป้องกันไฟเพื่อป้องกันเสียงรบกวนที่รุนแรง การใช้งานอลูมิเนียมโฟมเซลล์ปิดทั่วไปในงานสถาปัตยกรรมคือที่อาคาร Shanghai SOHO Fuxing Plaza นักออกแบบใช้อลูมิเนียมโฟมจำนวนมากเพื่อดูดซับและป้องกันเสียง ดังแสดงในรูปที่ 6 [11]
การค้นพบโฟมอะลูมิเนียมถือเป็นความสำเร็จที่น่าทึ่ง วัสดุอะลูมิเนียมโฟมผสมผสานประสิทธิภาพในการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม น้ำหนักเบา ความหนาแน่นต่ำ การดูดซับแรงกระแทกและประสิทธิภาพในการดูดซับพลังงาน จึงมีประสิทธิภาพที่ดีมากในอุตสาหกรรมต่างๆ ในปัจจุบัน สามารถใช้งานได้หลากหลาย ที่น่าสนใจคือโฟมอะลูมิเนียมยังเป็นผลิตภัณฑ์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมซึ่งสามารถรีไซเคิลได้ ซึ่งหมายความว่าเป็นวัสดุที่ยั่งยืนและคาดว่าจะนำไปใช้ในปริมาณมากในอุตสาหกรรมในอนาคต
เวลาโพสต์: 30 พ.ย. 2564
