«Наличие воздушных карманов внутри CMF делает его настолько эффективным в блокировании тепла, главным образом потому, что тепло распространяется медленнее по воздуху, чем по металлу», — говорит Афсане Рабиеи, профессор механической и аэрокосмической техники в NC State и автор статьи по теме работа. Композитная металлическая пена 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.«Мы разработали две технологии для производства CMF», — говорит Рабие. «Один основан на литье матричного материала с низкой температурой плавления, такого как алюминий, вокруг полых сфер, изготовленных из материала с более высокой температурой плавления, такого как сталь.
Это создает, например, CMF алюминий-сталь. Другой метод основан на спекание или запекание матричного порошка вокруг предварительно изготовленных полых сфер. Это создает CMF, такие как сталь-сталь, которые состоят из стальных полых сфер в стальной матрице ».В одном из испытаний исследователи подвергли образцы CMF сталь-сталь 2,5 дюйма на 2,5 дюйма толщиной 0,75 дюйма огню со средней температурой пламени 800 градусов Цельсия в течение 30 минут с одной стороны и наблюдали за материалом, чтобы увидеть сколько времени потребуется, чтобы тепло достигло противоположной стороны образца.
Для куска массивной нержавеющей стали с такими же размерами, как образец CMF, потребовалось всего четыре минуты, чтобы достичь 800 градусов Цельсия по всей толщине образца. Но для достижения той же температуры CMF сталь-сталь потребовалось восемь минут.«Мы уже знали, что CMF — это легкие материалы с выдающейся стойкостью к высокоскоростным ударам и эффективной защитой от излучения, теперь мы знаем, что они могут выдерживать высокие температуры», — говорит Рабие. «Эта разница в теплопроводности означает, что использование композитных металлических пен может помочь избежать обстоятельств, при которых несчастные случаи могут привести к взрывам».Исследователи также обнаружили, что композитная металлическая пена, полностью изготовленная из нержавеющей стали, расширяется на 80 процентов меньше, чем массивная нержавеющая сталь при 200 градусах Цельсия, и разница увеличивается при более высоких температурах.
Еще одно заслуживающее внимания преимущество состоит в том, что композитная металлическая пена расширяется с довольно постоянной скоростью при воздействии высокой температуры, тогда как обычные массивные металлы и сплавы, такие как нержавеющая сталь, расширяются быстрее при повышении температуры.«Наши результаты показывают, что CMF может предложить чрезвычайно хорошую теплоизоляцию, превосходную термическую стабильность и отличные огнестойкие характеристики по сравнению с коммерчески доступными материалами, такими как нержавеющая сталь», — говорит Рабие.