Metallschaum

Geschlossenporiger Aluminiumschaum

Als Metallschaum wird ein poröser Schaum aus metallischen Werkstoffen bezeichnet. Metallschäume sind ein Forschungsschwerpunkt der Materialwissenschaften.

Eigenschaften

Metallschäume besitzen eine durch Poren und Hohlräume bedingte geringe Dichte, weisen aber eine hohe Spezifische Steifigkeit und Festigkeit auf. Meist werden Aluminium oder Aluminiumlegierungen geschäumt, da die Ausgangsmaterialien bereits eine sehr geringe Dichte besitzen. Unter Verwendung geeigneter Treibmittel ist es ebenfalls möglich Schäume aus Kupfer, Zink, Blei oder Stahl/Eisen herzustellen.

Herstellung

Offenporiger Metallschaum im Rasterelektronenmikroskop („REM“), Vergrößerung 10fach

Die Herstellung von Metallschäumen geschieht häufig mittels Metallpulver und einem Metallhydrid, z. B dem Titandihydrid. Beide Pulver werden miteinander vermischt und dann durch Heißpressen oder Strangpressen zu einem Vormaterial verdichtet. Das Vormaterial wird dann auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Metalls erhitzt. Dabei setzt das Titandihydrid gasförmigen Wasserstoff frei und schäumt das Gemenge auf.

Es gibt noch weitere Möglichkeiten Metallschäume herzustellen. Beispielsweise kann man Gas in eine Metallschmelze einblasen, die zuvor durch Zugabe fester Bestandteile schäumbar gemacht wurde. Für Aluminiumlegierungen werden zur Stabilisierung 10-20 Vol.-% Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid zugegeben. Die Zugabe von Kalzium ist ebenfalls möglich. Hierbei wird durch die Legierungsbildung eine Viskositätserhöhung und eine damit einhergehende Stabilisierung der Schmelze erreicht

Als weitere Verfahrensvariante steht das Schlickerreaktionsschaumsinter-Verfahren (SRSS-Verfahren) zur Verfügung, mit dem vor allem Eisen-, Stahl- und Nickelschäume hergestellt werden können. Bei diesem Verfahren wird mittels Wasserstoff, der durch die Reaktion von Säure mit dem jeweiligen Metallpulver gebildet wird, ein Schlicker geschäumt. Durch weitere Reaktionsprodukte wird die Schaumstruktur abgebunden und in einer Form getrocknet. Der so entstandene Grünling wird anschließend unter reduzierender Atmosphäre oder im Vakuum gesintert.

Anwendung

Metallische Schäume zeigen ein gutes Energieabsorptionsvermögen und es wird damit begonnen, Aluminiumschäume als Crashschutzelemente im Automobilbau einzusetzen. Im Audi Q7 werden Aluminiumschaumcrashabsorber in der Gepäcknetzhalterung eingesetzt, um die Insassensicherheit auch bei deformierter Karosserie zu gewährleisten. Im Werkzeugmaschinenbau sind Metallschäume für den Einsatz in dynamisch hoch beanspruchten Maschinen interessant. Im Besonderen eine verbesserte Schwingungsdämpfung bedeutet bei Werkzeugmaschinen in der Regel eine deutliche Steigerung der Fertigungsqualität, die ihrerseits in der Regel die Betriebskosten senkt bzw. die Produktivität erhöht. Beispielhaft lässt sich hier der Universalschlitten der Werkzeugmaschine Mikron HPM 1850 U nennen, der in Zusammenarbeit der Firma Niles-Simmons Industrieanlagen in Chemnitz und des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik entwickelt wurde. Die Maschine wurde erstmals zur METAV 2004 vorgestellt und wird in Serie gefertigt. Gegenüber der reinen Stahlschweißkonstruktion konnte die Masse deutlich reduziert werden. Analog wurden die dynamische Steifigkeit und die Dämpfungseigenschaften verbessert. Weitere Anwendungsfelder für metallische Schäume sind Hitzeschilde, Wärmekapselungen, Filter, Katalysatorträger, schallabsorbierende Verkleidungen oder die Herstellung sehr leichter, ausgeschäumter Walzen für die Druck- oder Papierindustrie.

In Finnland wird 2011 erstmals ein Binnenschiff zum Holzpellettransport aus Aluminiumschaum-Sandwich-Schiffbauplatten gebaut.^[1]

Einzelnachweise

Literatur

• Hipke T., Lange G., Poss R.: Taschenbuch für Aluminiumschäume; Düsseldorf 2007, ISBN 3-87017-285-1.
• H. Dittmar-Ilgen: Wie der Kork-Krümel ans Weinglas kommt; Stuttgart 2006; S. 74: Metalle lernen schwimmen.

Weblinks

• Metallschaumzentrum am Fraunhofer IWU
• Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
• Institut für Eisenhüttenkunde, RWTH Aachen
• Metallschäume in der Wärmetechnik (BINE Informationsdienst)
• „metalfoam.net“ zu Metallschäumen