Mikä on keraaminen vaahto?

Keraaminen vaahto on kevyt rakenne, joka koostuu pienestä osasta hyvin huokoista keramiikkaa ja suuresta osasta kaasutäytteisiä huokosia. Tyypilliset keraamiset vaahdot ovat 75-90% huokoisia, vaikka jotkut ovat vielä huokoisempia. Tällaisilla vaahdoilla on arvokkaita materiaaliominaisuuksia, jotka tekevät niistä sopivia erilaisiin suunnittelu- ja muihin sovelluksiin.
Useimmat tällaisen vaahdon valmistustekniikat sisältävät yleensä toisen vaahtorakenteen kyllästämistä keraamisella lietteellä. Tämä rakenne poltetaan sitten korkeassa lämpötilassa uunissa. Keraaminen kovettuu, kun uunin lämpö tuhoaa pohjarakenteen, johon se rakennettiin.

Tämän valmistusprosessin lopputuotteena syntyy kevyt ja erittäin huokoinen keraaminen rakenne. Luodussa materiaalissa voi olla yksilöllisesti suljettuja huokosia. Tämäntyyppinen rakenne tunnetaan suljetun solun vaahtona. Kun vaahdon huokoset on liitetty toisiinsa koko rakenteessa, sitä kutsutaan avosoluvaahdoksi.

Luodun vaahdon erityisominaisuudet riippuvat monista tekijöistä, mutta tämä materiaaliluokka tunnetaan tietyistä yhteisistä ominaisuuksista. Alhainen lämmönjohtavuus tekee keraamista vaahdosta erityisen hyödyllistä lämmöneristysmateriaalina. Sen kyky kestää suhteellisen suuria lämpöshokkeja tekee siitä sopivan myös ankariin ympäristöihin, kuten teollisiin ja ilmailualan sovelluksiin. Näiden vaahtojen korkea huokoisuus tarkoittaa, että ne ovat suhteellisen kevyitä materiaaleja, jotka ovat käyttökelpoisia sovelluksissa, joissa on vältettävä ylipainoa.

Yhdysvaltojen avaruuskuljetusten lämpösuojajärjestelmissä käytetyt laatat olivat klassisia esimerkkejä keraamisen vaahdon käytöstä näissä ominaisuuksissa. Maan ja avaruuden välillä kulkevat avaruusalukset joko laukaisun tai palaamisen aikana kohtaavat äärimmäisiä lämpötilan muutoksia kulkiessaan ilmakehän läpi suurella nopeudella. Eristys näistä äärimmäisistä muutoksista oli välttämätön sukkulan suojelemiseksi tästä erittäin ankarista ympäristöistä. Massan siirtäminen avaruuteen on kuitenkin erittäin kallista ja energiaintensiivistä, joten paino oli pidettävä mahdollisimman pienenä. Keraamisen vaahdon kevyt luonne yhdistettynä lämpöominaisuuksiinsa teki siitä houkuttelevan käytettäväksi joissakin sukkulalaivalle asennetuissa laatoissa.

Eristysmateriaalin lisäksi keraamista vaahtoa käytetään yleisesti myös suodatussovelluksissa. Muita materiaaleja jalostettaessa keraamiset vaahtosuodattimet tarjoavat yleensä kolme suodatustapaa. Suodattimen tuloaukkoon joutuessaan huokoskokoa suurempia hiukkasia varmuuskopioidaan suodattimen pinnalle, koska ne ovat liian suuria kulkemaan läpi. Tämä varmuuskopioitu materiaali muodostaa kerroksen, joka tunnetaan kakkukerroksena, suodattimen pinnalle, joka puolestaan ​​vangitsee pienemmät hiukkaset. Hienoimmat hiukkaset voivat kulkea kakkukerroksen läpi, mutta ne kerääntyvät sitten suodattimen huokosiin.

Keraamisen vaahdon mahdollisia uusia käyttötarkoituksia on myös kehitteillä. Esimerkiksi lääketeollisuudessa tutkitaan sen mahdollista käyttöä luun kasvun stimuloimiseksi siellä, missä luu on poistettu, kuten syöpäpotilailla. Hyvin pieniä keraamisen vaahdon osia harkitaan myös lääkkeiden kuljettamiseen elimistöön ajan mittaan kontrolloidusti vapauttavan prosessin kautta.