Anwendung geschäumter Metalle als Funktionswerkstoffe

SchaumMetalls werden als Funktionsmaterialien vor allem in folgenden Bereichen eingesetzt:

(1)BatterieElektrodenmaterialien

Poröser Bleischaum nutzt sein geringes Gewicht, seine hohe spezifische Energie und seinen hohen Absorptions- und Umwandlungswirkungsgrad und dient als Gittermaterial für Blei-Säure-Batterien. Aktive Materialien werden gleichmäßig in die Poren des Bleischaums eingebracht, um Batterieelektroden zu bilden. Die dreidimensionale Netzwerkstruktur der Bleischaumgitter verbessert die Stromverteilung, reduziert den Innenwiderstand, verbessert die Reaktionskinetik und erhöht die spezifische Kapazität und Energiedichte. Pulvermetallurgisch hergestellte hochporöse Metallschäume werden erfolgreich in Brennstoffzellen eingesetzt.

(2) Katalysatorträger

Schaummetalle sind mit ihrer großen spezifischen Oberfläche, ihrer mechanischen Belastbarkeit und ihrer Wärmeleitfähigkeit ideale Katalysatorträger. Beispielsweise wird katalysatorhaltiger Schlamm in korrosionsbeständigeSchaummetallBleche, gefolgt von Walzen und Hochtemperaturbehandlung, um eine starke Bindung zu erreichen. Diese Konstruktion gewährleistet die Stabilität des Katalysators auch bei wiederholten Temperaturschocks. Solche Träger werden in der Abgasbehandlung von Kraftwerken zur NOx-Reduzierung eingesetzt.

(3) Akustische Dämpfer

Metallschäume, bestehend aus metallischen Skeletten und Poren, zeichnen sich durch hervorragende Schallabsorption und Schwingungsdämpfung aus. Spezifische Porositätsgrade ermöglichen eine gezielte Frequenzabsorption.SchaumaluminiumDas in Japan, den USA und Deutschland entwickelte Titan wird in der Schifffahrt, im Schienenverkehr und in der Automobilindustrie eingesetzt. Poröses Titan mit geringer Dichte, Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit wird in Abgasschalldämpfern von Gasturbinen eingesetzt, die Langlebigkeit und geringes Gewicht erfordern.

(4) Filtration und Trennung

Schaummetallfilter vereinen Flüssigkeitsdurchlässigkeit mit der Rückhaltung von Feststoffen. Edelstahl- und Kupferschäume werden häufig zur Filterung von Feststoffen in Flüssigkeiten (z. B. Kraftstoffen, Polymerschmelzen, Suspensionen) und Gasen eingesetzt. Zu den Anwendungsgebieten zählen die Erdölraffination, die Polymerverarbeitung und die Luftreinigung.

(5) Wärmetauscher und Kühler

Schäume aus Kupfer- oder Aluminiumlegierungen, die sich durch große Oberfläche und hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnen, werden in Wärmerohren und Wärmetauschern eingesetzt. Ihre poröse Struktur ermöglicht einen effizienten Wärmeübergang beim Durchströmen von Flüssigkeiten. Transpirationskühlung nutzt die Porosität von Schaummetallen: Kühlmedien (flüssig/gasförmig) bilden eine stabile, isolierende Grenzschicht und ermöglichen so ein hervorragendes Wärmemanagement. Hochporöse Kupferschäume werden bereits in modernen Wärmerohren eingesetzt.

(6) Flammensperren

Die hohe Wärmeleitfähigkeit und Oberfläche von Schaummetallen ermöglichen die Flammenunterdrückung. In Methan-/Erdgaspipelines in der Nähe von Zündquellen installiert, blockieren sie effektiv die Flammenausbreitung bei Verbrennungen.

(7) Biomedizinische Materialien

Aufgrund seiner Biokompatibilität eignet sich poröses Titan für medizinische Anwendungen wie orthopädische Implantate (z. B. poröse Titan-Femurschäfte) und Zahnwurzeln. Wolfram-Chrom-Nickel-Legierungen werden in Herzklappenprothesen eingesetzt. Weitere Anwendungen sind Flüssigkeitskontrollsysteme (z. B. Signalverzögerer in der Automatisierung), Flüssigkeitsspeicher- und -transportgeräte, Sprühgeräte, elektromagnetische Abschirmung, Wasseraufbereitung und akustische Kontrollsysteme.