Aluminiumschaum – Kurzübersicht – Typen – Herstellung – Anwendungen

Aluminiumschaum (das poröse Metall, basiert auf Aluminium und seinen Legierungen) ist seit mehr als einem halben Jahrhundert bekannt, hat aber immer noch eine relativ geringe Verbreitung und Anwendung. Der wesentliche Grund dafür war die niedrige Reproduzierbarkeit der Struktur und der Material – Eigenschaften bei der Herstellung von Aluminiumschäumen. Die Entwicklung der Aluminiumschaumtechnologie hat es ermöglicht, einige dieser Schwierigkeiten zu bewältigen. Es wurden verschiedene Verfahren zur Herstellung von Metallschäumen entwickelt und untersucht.

Ursprünglich waren die Erfinder solcher Materialien von natürlichen porösen Materialien wie Holz, Knochen, Korallen, Bimsstein und einigen anderen porösen Mineralien inspiriert. Das gemeinsame Merkmal dieser Materialien ist die Kombination der hohen Festigkeit, dem geringen spezifischen Gewicht und der guten Energieabsorption. Heutzutage können Hersteller von Aluminiumschäumen Metalle mit ähnlichen Eigenschaften relativ einfach produzieren. Der Anwendungsbereich von Aluminiumschäumen ist derzeit viel breiter geworden und hat Dutzende verschiedener Anwendungen.

Typen von Aluminiumschäumen

Poröse Metalle haben je nach Herstellungstechnologie offene oder geschlossene Poren. Im erstgenannten Fall werden solche Materialien zellulare Metalle genannt, im zweiten Fall spricht man von Metallschaum. Im Rahmen jeder dieser Gruppen gibt es Variationen, welche letztendlich eine breite Klasse von Aluminiumschäumen mit unterschiedlichen Eigenschaften ergeben.

Herstellung von Aluminiumschaum

Es gibt verschiedene Verfahren zur Herstellung von Aluminium Schäumen.

In einen Fall wird aus dem geschmolzenen Metall auf unterschiedliche Art und Weise der Metallschaum gewonnen. Beim Abkühlen und Verhärten des Aluminiums stabilisiert sich der Metallschaum. Zur Schaumbildung werden Gasströme oder Treibmitteln verwendet. Treibmittel zerfällt unter bestimmten Bedingungen und ergibt Gasemissionen. Damit der Schaum vor dem Aushärten nicht zerfällt, werden manchmal spezielle Zusätze verwendet, welche die Gasblasen stabilisieren. Mit diesem Verfahren können  Aluminium Schaum Platten, Produkte mit einfachen Formen sowie Aluminiumschaum-Sandwiches erhalten werden. Solche Erzeugnisse haben den Metallschaum als Kernstück, das auf beiden Seiten mit Schicht aus Vollaluminium bedeckt ist.

Eine andere Methode ist der Guss mit einem Füllstoff. Als Füllstoff können z.B. Salzkörner fungieren, welche dann aus der Aluminiummatrix ausgewaschen werden, an Stelle der Salzpartikeln treten die Poren auf. Als Füllmasse wird auch der Polyurethanschaum mit temperaturbeständiger Beschichtung benutzt, der während der Wärmebehandlung ausbrennt.

Bei noch einem Herstellungsverfahren vom Aluminiumschaum werden hohle Keramik- oder Metallkugeln gebraucht, welche in die Metallmatrix eingeführt werden.

Beim Spritzgiessen können Polymergranulate zur Erzeugung von Poren verwendet werden. Aufgrund der sehr kurzen Prozesszeit zersetzen sich diese Granulate nicht unter dem Einfluss von hoher Temperatur. Sie verbleiben entweder als Füllstoff in der Metallmatrix oder werden durch längere Wärmebehandlung entfernt. Im letzteren Fall wird ein offenporiger Aluminiumschaum erhalten.

Die Produktion von Metallschäumen hat noch eine Richtung, die Pulvermetallurgie. Hier wird zunächst eine Mischung aus Aluminiumpulver mit speziellen Zusätzen hergestellt. Beim Erhitzen einer solchen Mischung kommt es zu Schaum- und Sintervorgängen, die nach dem Abkühlen weitere Arten von Aluminiumschaum ergeben.

Der modernste Weg um poröse Metalle zu erhalten ist die additive Technology. Mit der additiven Fertigung kann die Form und die 3D-Struktur des Bauteils sehr genau gesteuert werden. Dieses Verfahren bleibt jedoch immer noch sehr kostenintensiv und ist nur auf eine begrenzte Anzahl von Metallen anwendbar.

Eigenschaften und Anwendungen

Geschlossenporiger Aluminiumschaum hat eine Porosität von 80 bis 98%. Dabei übertrifft seine Festigkeit bedeutend die Festigkeit eines Vollmetalls mit dem gleichen Gewicht. Die Verwendung solchen Materialien hat ein grosses Potenzial vor allem für die Transportmittel der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und Schiffbau. Die Gewichtsreduktion führt zur Kraftstoffeinsparungen oder ermöglicht es, das Gewicht des zu transportierenden Ladegutes zu erhöhen.

Die poröse Struktur des Aluminiumschaums absorbiert die Stossenergie. Diese Eigenschaft kann beim Transport zum Schutz vor Kollisionen, als Panzerung und Explosionsschutz verwendet werden. Metallschaum dämpft den Schall. Deswegen können Aluminiumschaumplatten als Schallabsorptionswände entlang von Strassen und Eisenbahnen verwendet werden. Die Schalldämmung von Kinos und Konzertsälen kann ebenfalls wirksam sein. Aluminiumschaum wird aufgrund seines geringen Gewichts und seiner schönen Oberfläche für die Gestaltung von Innenräumen und Fassaden eingesetzt.

Offenporiger Aluminiumschaum ist für Gase und Flüssigkeiten durchlässig, hat niedriges Gewicht und hohe Festigkeit der Struktur. Durchlässigkeit erweitert den Einsatz von Aluminiumschaum erheblich. Solche Materialien werden verwendet, um Gase und Flüssigkeiten zu filtrieren, das Geräusch pneumatischer Geräte zu reduzieren, als Formwerkzeuge für die Herstellung von EPP/EPS Produkten, für Vakuumtische, für unterschiedliche Wärmetauscher usw.

Poröses Aluminium ist ein Typ des offenporigen Aluminiumschaums. Auf unserer Website finden Sie weitere Informationen über unsere Technologie, Eigenschaften und Anwendungen von porösem Aluminium. Dank der hohen Flexibilität und Anpassungsfähigkeit der Technologie kann poröses Aluminium in vielen Anwendungen erfolgreich zu vielen porösen Materialien im Wettbewerb stehen. In den meisten Fällen ersetzt poröses Aluminium gesinterte Metalle, poröse Keramiken, poröse Kunststoffe, Netze und Drahtmaterialien.