発泡金属

発泡金属について



発泡金属は、気泡を多く含んだ金属で、主にアルミニウムなどの金属から作られます。気泡は独立して存在するものや、互いに連結しているものがあり、これにより発泡金属は特有の構造を持ちます。発泡金属の際立った特徴は、実にその75%から95%が空洞である点にあります。

特性と強度



発泡金属の強度は、金属の密度と冪乗則に基づいています。たとえば、密度が20%の発泡金属は、密度が10%のものの2倍以上の強度を持つことができます。また、発泡金属は元の金属の物理特性を維持し、不可燃金属から製造される場合は燃焼しない特性を示します。熱伝導率は低くなりますが、熱膨張率は変化しません。

連続気泡体の利用



連続気泡体としての発泡金属は、発泡ポリウレタンに似た構造を持ち、主に熱交換やエネルギー吸収、軽量レンズの製造に利用されます。高コストのため、航空宇宙や製造業での使用が主流です。小さな気泡を特徴とするこのタイプの発泡金属は、化学産業でも高温フィルターとして重宝されています。

単独気泡体の発展



単独気泡体としての発泡金属は、1926年にフランスの発明者メラーによって特許が取得され、様々な技術革新が続きました。1948年と1951年には、ベンジャミン・ソスニクがスポンジ状金属に関する特許を取得し、1956年頃にはビョークステン研究所のジョン・C・エリオットが初の試作品を完成させました。その後、1990年代には日本の神鋼鋼線工業株式会社が商品の製作に成功しました。発泡金属は通常、不活性ガスを溶融金属に注入することで作られ、高温発泡剤が必要です。気泡のサイズは1mmから8mmの範囲です。

利用例



発泡金属は衝撃吸収材料として使われ、特に自転車のヘルメットに用いられることが多いです。他の発泡素材とは異なり、一度衝撃を受けると元の形状には戻りませんが、非常に軽量で、元の金属のわずか10%から25%の密度しか持ちません。また、防火性や水に浮く特性も持つため、さまざまな応用が考えられています。

整形外科での利用



最近では、発泡金属が動物の義肢に使われる研究が進んでいます。骨にドリルで穴を開け、発泡金属が挿入されることで、新しい骨が発泡金属と結合します。整形外科では、タンタルチタンで作られた発泡金属が採用され、高い強度と耐錆性、さらに生体適合性が評価されています。

自動車での応用



最近、自動車分野でも発泡金属が注目されています。主な目的は、軽量化、騒音軽減、事故時の衝撃吸収力向上です。発泡金属は、密度が低く(0.4 – 0.9 g/cm3)、高い剛性と耐火性を持ち、有害ガスを放出せず再利用が可能です。これにより、カーボンフットプリントが低減し、衝撃吸収能力と騒音軽減に役立ちます。

自動車の排気システムでも、発泡金属はより優れた熱伝導特性を持つため、従来の素材よりも効率良く機能することが期待されており、広範囲に応用が進められているのです。

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