金属泡沫可保护火和热量两次以及普通金属

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Afsaneh Rabiei arabiei@ncsu.edu 919.513.2674

马特·希普曼（Matt Shipman） matt_shipman@ncsu.edu 919.515.6386

北卡罗来纳州立大学研究人员的一项新研究发现，与钢（例如钢）相比，新型的轻质复合金属泡沫（CMF）在隔热高热量方面具有明显的有效性。该发现意味着CMF特别有希望用于存储和运输核材​​料，危险材料，炸药和其他热敏材料以及太空勘探。

“ CMF内部的空气口袋的存在使其在阻断热量方面如此有效，这主要是因为热量在空气中比金属更慢，” NC State机械和航空工程学教授Afsaneh Rabiei说，也是关于对应的人，也是关于对应的，也是一份关于相关的论文的作者。工作。复合金属泡沫由金属空心球体组成 - 由碳钢，不锈钢或钛等材料制成，嵌入了由钢，铝或金属合金制成的金属基质中。

Rabiei说：“我们开发了两种用于制造CMF的技术。”“一种基于铸造低熔点矩阵材料，例如铝，围绕由具有较高熔点（例如钢）制成的材料制成的空心球。例如，这会创建铝钢CMFS。另一种技术是基于烧结或烘烤的，在预制的空心球周围的基质粉末。这会创建CMF，例如Steel-Steel，其由钢基质中的钢制空心球组成。”

在一项测试中，研究人员暴露了2.5英寸乘2.5英寸的钢钢CMF，厚度为0.75英寸，厚度为火，一侧为30分钟，平均火焰温度为800摄氏度，并监视材料，以查看热量到达样品的另一侧需要多长时间。对于一块与CMF样品相同尺寸的散装不锈钢，只需四分钟即可到达800摄氏度的整个样品厚度。但是钢钢CMF花了八分钟才达到相同的温度。

“我们已经知道CMF是带有轻巧的材料出色的高速冲击阻力， 和有效的辐射屏蔽，现在我们知道它可以承受高温。” Rabiei说。“导热率的这种差异意味着使用复合金属泡沫可以帮助避免事故导致爆炸的情况。”

研究人员还发现，完全由不锈钢制成的复合金属泡沫比在200摄氏度下的散装不锈钢低80％，并且在较高温度下的差异增加。另一个值得注意的优势是，复合金属泡沫在暴露于高温时以相当恒定的速度膨胀 - 而传统的散装金属和合金（如不锈钢）随着温度升高而迅速膨胀。

Rabiei说：“我们的发现表明，与市售材料（如不锈钢）相比，CMF可以提供极佳的热隔热材料，出色的热稳定性和出色的阻燃性表演。”

纸，“关于复合金属泡沫的热行为和阻燃特性的实验和计算研究，”国际热科学杂志。该论文的首席作者是前博士学位Shuo Chen。北卡罗来纳州的学生。该论文是由雅各布·马克思（Jacob Marx）合着的。北卡罗来纳州的学生。这项工作得到了核能能源部核能大学计划的支持，赠款编号CFP-11-1643。

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给编辑的注释：研究摘要如下。

“关于复合金属泡沫的热行为和阻燃特性的实验和计算研究”

作者：Shuo Chen，Jacob Marx和Afsaneh Rabiei，北卡罗来纳州立大学

出版：3月26日在线发布国际热科学杂志

doi：10.1016/j.ijthermalsci.2016.03.005

抽象的：在本研究中报道了复合金属泡沫（CMF）的热行为和阻燃性特性的全面实验和计算评估。通过特定的热容量，有效的热导率和热膨胀分析的系数进行热行为表征，分别使用差异扫描量热法，高温守护的延伸性延伸热流动技术和热力学分析仪（TMA）。将实验结果与分别从混合物，Brailsford和Major模型的规则获得的分析结果进行了比较，并修改了Turner的验证模型。美国核监管委员会（USNRC）标准被用作阻燃性房地产研究的监管标准和标准。结果表明，与304L不锈钢相比，CMF的热阻力和火灾生存能力优势。使用有限元分析构建了基于物理学的三维模型，以验证实验结果的可靠性。在将CMF与散装不锈钢进行比较时，该模型导致了实验测量的数据的良好再现。这项研究表明，轻量级CMF的潜在应用之一可以是在核用燃料桶中取代传统的结构和辐射屏蔽材料，具有出色的热隔离，阻燃剂，轻质重量和能量吸收能力的好处。