Schuimkeramiek neemt een bijzondere plaats in binnen de materiaalkunde en de ontwikkelingen daarin. De minimale dichtheid, porositeit en uitstekende isolatie-eigenschappen van het materiaal maken het bruikbaar in diverse toepassingen. Het onderstaande artikel behandelt de verschillende aspecten en schetst verschillende mogelijke schuimmethoden. Keramische productie.
Wat maakt keramisch en metaalschuim zo beroemd?
Schuimen, of het nu keramisch is of metaalschuimen Worden gemaakt door gas te vullen in de poriën van een basismateriaal. De poriën kunnen van nature gesloten of afgesloten zijn, of onderling verbonden en open gelaten. De belangrijkste factor die de eigenschappen van een schuim bepaalt, is de omvang van de poriën. Over het algemeen varieert de poriëngrootte (of lege ruimte) van 75 tot 90 µTP3T van het basismateriaal.
Aluminiumschuim versus keramisch schuim: een vergelijking
Aluminiumschuimen
Metaalschuim is, simpel gezegd, een metaal gevuld met poreuze gasruimtes die een groot deel van het volume uitmaken. Hoogwaardige metaalschuimen worden over het algemeen geproduceerd met aluminium als basismetaal. metaalschuim Gemaakt van aluminium, waarbij door gas poriën in het hete metaal worden gecreëerd. Een gas of een dispergeermiddel kan worden gebruikt om poriën in het gesmolten aluminium te creëren.
De structuur van de aluminium metaalschuim heeft onderling verbonden aluminiumvezels die in principe van twee soorten zijn. De twee soorten Aluminium metaalschuim zijn opencellige typen aluminiumschuim of gesloten celtype. De belangrijkste toepassing van de schuimen is dat deze aluminiumschuimen veranderlijk blijven met betrekking tot de gewenste gunstige eigenschappen. Het enorme oppervlak, de verschillende morfologie en het lichte gewicht zijn de aantrekkelijke kenmerken van Aluminiumschuimen.
Eigenschappen van aluminiumschuimen
-
Aluminiumschuimen blijven over het algemeen ongevoelig voor vlammen
-
De aluminiumschuim heeft een grootte in het bereik van 2-11 mm in elke cel en een porositeit van ongeveer 70 – 90%
-
De afmetingen van het schuim kunnen variëren met betrekking tot de toepassingen en bieden een sterkte van 44 MPa
-
De aluminium metaalschuim heeft een grotere weerstand dan normaal aluminiummetaal, namelijk ongeveer 100 keer of meer.
Toepassing van aluminiumschuimen
-
Autoveiligheid wordt met de dag populairder, waarbij gebruik wordt gemaakt van lichtgewicht materialen, aluminiumschuim.
-
De geluidsabsorptie van aluminiumschuim is een van de beste additieve materialen in de automobielindustrie
-
Aluminiumschuimen zijn lichtgewicht van aard en vinden toepassing in de lucht- en ruimtevaartsector.
-
Aluminiumschuimen zijn het meest geschikt voor de ontwerpindustrie, omdat ze in combinatie met hout een mooi decor vormen.
Hoe wordt metaalschuim gemaakt?
De populaire methode van produceren Aluminiumschuim of metaalschuim is de methode van luchtinjectie. De eerste stap omvat de bereiding van een metaalmatrixcomposiet met behulp van aluminium- en magnesiumoxiden of siliciumcarbide. Zodra de smelt is gevormd, wordt lucht, stikstof of argon via spuitmonden of waaiers geïnjecteerd om een gelijkmatige verdeling in het mengsel te garanderen.
De andere manier om metaalschuim te produceren is met behulp van een blaasmiddel. De door hitte geïnduceerde ontleding zorgt ervoor dat het blaasmiddel gassen afgeeft en holtes creëert. Industrieën gebruiken ook andere methoden van vaste gas-eutectische vorming om schuimvorming te induceren in aanwezigheid van waterstof. Bij deze productie variëren de poriën van 10 micrometer tot 10 mm.
Keramische schuimen
Keramisch schuim is vanwege zijn celstructuur een integraal onderdeel van de materiaalproductie. De eenvoudige productie maakt gebruik van polymeren met keramische slurry. Het lichaam behoudt de keramiek in zijn structuur, waar de hoge temperatuur en isolerende eigenschappen extra voordelen bieden. Keramisch schuim kent diverse toepassingen, zoals thermische isolatie, akoestische isolatie en diverse energie-intensieve toepassingen.
Eigenschappen van keramisch schuim
Keramisch schuim bestaat over het algemeen uit cellulaire structuren die poreus van aard zijn. De driedimensionale netwerkstructuur is daarentegen broos met zichtbare ruimtes of holtes in het materiaal. De holtes in de cellen zijn lineair van afmeting en worden meestal gemeten in millimeters tot micrometers. Hoewel poreus keramisch schuim hard is, worden de holtes gevuld met lucht of gas tot 95 – 96%.
Er zijn verschillende soorten keramisch schuim, gemaakt van siliciumcarbide, aluminiumoxide, zirkoniumoxide, titaanoxide en silica. Keramisch schuim staat bekend om zijn lichte gewicht. Het heeft een goede permeabiliteit voor bepaalde materialen. De druksterkte van keramisch schuim is superieur.
Deze keramische schuimsoorten zijn vanwege hun eigenschappen een goede keuze voor bewerkingstoepassingen.
Toepassing van keramische schuimen
-
De microstructuren van de keramische industrie zijn nuttig gebleken in de elektronische industrie, bijvoorbeeld bij de productie van batterijen, elektroden, enzovoort.
-
De isolerende eigenschappen van keramiek zorgen voor een goede hittebestendigheid. Ze kunnen worden gebruikt als constructiemateriaal voor isolatie en bieden een dubbele rol: isolatie en sterkte.
-
Keramisch schuim kan worden gebruikt voor vervuilingsbestrijding. Door hun permeabiliteit zijn ze een effectief middel om vervuiling te bestrijden. Het keramische schuim biedt katalysatoroppervlak om de opgevangen deeltjes te oxideren.
-
Keramisch schuim wordt ook gebruikt om structuren in het menselijk lichaam te ondersteunen vanwege hun biocompatibiliteit.
Keramische productiemethoden
Hieronder worden enkele populaire methoden voor het vervaardigen van keramisch schuim ter referentie gegeven:
Direct schuimproces
Het proces begint met het maken van een suspensie van keramische slurry, gevolgd door schuimvorming. Zodra de polymerisatie is voltooid, wordt de mal verwijderd en wordt het gevormde schuim gedroogd en later gesinterd. Dit proces creëert sterkere holtes die bestand zijn tegen hogere bewerkingssnelheden.
Het proces wordt ondersteund door een schuimmiddel dat het schuim initieert wanneer het gemengd wordt met een keramische slurry. Dit wordt vervolgens gestabiliseerd en vervolgens gestold. De productie van keramiek op basis van directe schuimvorming staat bekend als eenvoudig en betrouwbaar en is gunstig voor het beheersen van de porositeit. De stabilisatie vindt over het algemeen plaats nadat de additieven grondig zijn onderzocht.
Toepassing en voordelen
-
Het wordt over het algemeen gebruikt in de metallurgische industrie, waar porositeit een cruciale rol speelt
-
Dergelijke schuimen worden gebruikt voor isolatie
Gel-gietmethode
Wanneer homogeniteit en hogere sterkte de voorkeur hebben, is gelgieten de beste methode voor keramische productieHet proces is eenvoudig en begint met het mengen van een colloïdale suspensie met een in water oplosbaar monomeer en een schuimmiddel. Na de polymerisatie wordt het schuim gegeleerd. Het gelgieten produceert sterke en stijve keramische schuimen.
Toepassing en voordelen
-
Het wordt gebruikt voor de productie van filters of duurzame membranen in de chemische industrie
-
Biomedische vakgebieden voor implantaten en ondersteunende superstructuren
-
Het proces zorgt voor controle van de porositeit en een hoge mate van uniformiteit.
Replicatietechniek
De replicatiemethode omvat de methode van keramische productie waarbij een keramische slurry over een schuim wordt aangebracht. Het polymere schuim wordt later verbrand door middel van sinteren. Dit resulteert in een keramisch schuim dat oorspronkelijk veel lijkt op een polymeerschuim. De keramische schuimen die met de replicatietechnologie worden geproduceerd, hebben een hogere permeabiliteit en een lagere sterkte.
Toepassing en voordelen
-
Het wordt gebruikt om complexe geometrieën te produceren, zoals botimplantaten in het biomedische veld
-
De automobiel- en lucht- en ruimtevaartindustrie maakt over het algemeen gebruik van keramiek dat via de replicamethode wordt vervaardigd vanwege het lichte gewicht
-
Door zorgvuldige overwegingen in het proces wordt ervoor gezorgd dat er geen holtes ontstaan in de essentiële geometrie van het materiaal.
Het proces van zetmeelconsolidatie
De zetmeelconsolidatiemethode van keramische productie is over het algemeen goedkoop en niet giftig. Het is milieuvriendelijk en vereist een verbrandingstemperatuur van ongeveer 300 tot 600 graden Celsius. Deze temperatuur zorgt ervoor dat er geen defecten ontstaan tijdens de vorming van het keramische schuim.
Het geleermiddel, zoals zetmeel van voedingskwaliteit, wordt aan het keramische poeder toegevoegd en vervolgens gemengd met gedestilleerd water. Het mengsel ondergaat vervolgens processen zoals roeren, gieten, coaguleren en uiteindelijk drogen. Na het drogen wordt het gevormde geheel gesinterd bij hogere temperaturen, wat resulteert in de vorming van keramisch schuim.
Toepassing en voordelen
-
Zorgt ervoor dat er geen lege defecten zijn
-
Milieuvriendelijke methode voor keramische productie
Emulsiemethode
Bij de emulsiemethode worden, zoals de naam al doet vermoeden, emulsies gebruikt om: keramische productie Om schuim te creëren. De keramische deeltjes worden gesuspendeerd in een mengsel van twee niet-mengbare vloeistoffen. Zodra de emulsie is gevormd en gestabiliseerd, wordt de andere vloeibare fase verwijderd door verdamping of verbranding.
Toepassing en voordelen
-
De emulsietechniek zorgt voor een goede filterefficiëntie en wordt daarom algemeen erkend in filtratiesystemen
-
Ze worden gebruikt voor de vervaardiging van poreuze isolatiematerialen en zijn licht van gewicht.
-
Hoewel de techniek zorgt voor een goede poriegrootte en een gelijkmatige verdeling, maakt de cruciale productiemethode de techniek lastiger in gebruik.
Sol-gelmethode
De sol-gelmethode is, zoals de naam al doet vermoeden, de omzetting van een oplossing in een keramische structuur terwijl de chemische omstandigheden in de stap worden gecontroleerd. keramische productie De porositeit wordt nauwkeurig gecontroleerd zonder dat dit ten koste gaat van de essentiële sterkte van het materiaal.
Toepassing en voordelen
-
De methode wordt over het algemeen gebruikt bij de productie van films, coatings, sensoren en dergelijke.
-
Er wordt schuim met een hoge zuiverheid geproduceerd
Conclusie
De beschrijving behandelde de details van de schuimen, verschillende soorten schuim en de wereldwijde technieken voor de productie van keramisch schuim. Bij keramisch schuim speelt de controle over de eigenschappen een cruciale rol. De verschillende productiemethoden zorgen ervoor dat de gewenste eigenschappen beschikbaar zijn om de beoogde toepassing te ondersteunen.