Na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej od lat prowadzone są badania nad spienionymi materiałami kompozytowymi. Już wcześniej pisaliśmy o kompozycie, zbudowanym z pustych w środku stalowych kulek, zatopionych w porowatej matrycy stalowej, nasączonej żywicą epoksydową, proponowanym jako alternatywa dla aluminium w zastosowaniach lotniczych:
Obecnie prof. Afsaneh Rabiei i jego zespół pracują nad stalowym kompozytem strukturalnym w postaci pustych w środku kulek stalowych o ściankach grubości 0,1 mm i średnicy ±2 mm, zatopionych w matrycy ze stali 316L. Kompozyt otrzymywany jest poprzez zasypanie kulek proszkiem metalicznym i spiekanie w temperaturze 1200 °C w atmosferze próżniowej.
Materiał należy do kategorii CMF (composite metal foam) i jest lżejszy od litej stali, a jednocześnie wykazuje lepszą stabilność termiczną i właściwości izolacyjne, a także zwiększoną wytrzymałość mechaniczną i odporność na korozję. Charakteryzuje się także dużym potencjałem absorpcji energii. Struktura materiału nie jest podatna na koncentrację naprężeń, propagację pęknięć ani na przedwczesne wyboczenia.
Dla potencjalnych zastosowań materiału największe znaczenie ma jego zachowanie w wysokich temperaturach. Kompozytową pianę stalową poddano badaniu pod wpływem obciążeń cyklicznych w temperaturze 23, 400 i 600 °C. W temperaturze 400 °C próbka materiału wytrzymała 1,3 mln naprzemiennych cykli obciążeń w zakresie od 6 do 60 MPa, nie ulegając zniszczeniu, co zmusiło badaczy do przerwania eksperymentu ze względu na ograniczenia czasowe. Podobnie było w przypadku badań w temperaturze 600 °C, które przerwano po 1,2 mln naprzemiennych cykli obciążeń w zakresie od 4,6 do 46 MPa. Zjawiska strukturalne, którym można przypisać wytrzymałość kompozytu, związane są z przenoszeniem obciążeń przez matrycę, która w wyniku spiekania jest lekko porowata, a w ekstremalnych warunkach ulega kompaktowaniu. W temperaturze 600 °C zaobserwowano także zjawisko bliźniakowania, którego kontrola może przyczynić się do dalszego udoskonalenia materiału.
news.ncsu.edu
Chacko, Z., Lucier, G. & Rabiei, A.: Performance of composite metal foams under cyclic loading at elevated temperatures. J Mater Sci 60, 19184–19203, 2025
