:تأليف

)دانشگاه علم و صنعت ايران (دكتر مهدي ديواندري )دانشگاه علم و صنعت ايران ( وحيد گلپايگاني عليرضامهندس

)دانشگاه تربيت مدرس ( شاهورديحميد رضادكتر

: :

: : : 77214208

:1385 :1000

:28000 : 453

:

: 8-144-454-964ISBN : 964 – 454 – 144 – 8

- -

1385. 304 : . .-) -453(

ISBN 8-144-454-964 28000 .

: Divandari M. (and others), Metal Foams

1.. . . 1385 . . .

-- - 163- 16765

:77451186- :77451186 1 : –

)(- 182 :66466900 :Publication@sun.iust.ac.ir

.

75000 ريال

چاپ دوم: 1389

قيمت: 75000 ريال

پيشگفتار توان گفت كه موضوع مورد آنگاه مي،اگر بتوان جهان را به دو بخش مادي و معنوي تقسيم كرد

چنان . البته اين تقسيم بندي كالني است. بخش مادي جهان است رشته علم و مهندسي مواد بحث غيرفلزات بنا بر اين تنها شامل فلزات و ودهد كالن است كه هر ماده قابل روئيت را پوشش مي

گانه شش به گروههاي مواد، جديدبندي طبقهدر . گردد نمي،اندآنچنانكه برخي افراد تقسيم كرده، : تقسيم مي شوندزير

فلزات -1 ها سراميك -2

)پليمرها( بسپارها -3

ها كامپوزيت -4

)متخلخل(مواد فومي -5

مواد طبيعي -6

در اين مجموعه نام جديدي، . انداي را به خود اختصاص دادهويژه جايگاه از اين موادهر كدام .هاي قديم مواد مطرح نبوده است بندي كه در طبقهگرديدهيعني مواد فومي، ظاهر

اي يد بوده و نشان دهنده بروز و ظهور خانوادهبندي جد اين نوع تفكيك و طبقهميتوان گفت كه روز بروز اهميت ، يعني مواد فومي،بنظر مي رسد كه اين گروه از مواد. باشد جديد از مواد مي

از ويژگيهاي اين مواد سبكي زياد، و به . اي پيدا نمايند بيشتري يافته و در زندگي بشر جايگاه ويژهاين . سطح به حجم باال و شباهت زياد به مواد طبيعي است كم، داشتن وزن به حجم نسبتعبارتي

چوب درختان و بسياري مواد طبيعي ديگر بافت مواد طبيعي،،توان در استخوان شباهت را مي .مشاهده نمود

هاي فلزي تهيه و از اين مواد يعني فوممعرفي مواد فومي و بخش كوچكي كتاب حاضر با هدففصل اول حالت مقدمه داشته و به معرفي اين . فصل استرر چهاكتاب مشتمل ب. تدوين شده است

فصل دوم بر . تحقيقات عمومي انجام شده در اين زمينه اشاره داردظهور ومواد و تاريخچه

، ذوبروشهاي مختلف توليد اين مواد تاكيد داشته و انواع و اقسام روشها، شامل روشهاي مبتني بر خواص و ويژگيهاي اين . گذارد ير روشهاي متداول را به بحث ميگري، متالورژي پودر و سا ريخته

شامل انرژي يخواص مكانيكي، قابليت جذب انرژ. خانواده از مواد موضوع فصل سوم استمورد بحث در اين جزو موضوعات ، ويژگيهاي خاص انتقال حرارتي،اي و انرژي صوتي ضربه

انرژي و يا محدود سازي انتقالنايي انتقالپذيري باال، توا قابليت واكنشهمچنين . فصل است، عملكرد مناسب به عنوان سد حرارتي و يا محدود سازي امواج شرايط ويژهدرالكتريكي . موضوع فصل سوم است، مواد متخلخل ويژهو در يك عبارت خواص فيزيكيمغناطيسي،

يل مورد بررسي و د اين مواد، كه موتور محرك توسعه آنهاست، در فصل چهارم به تفصركاربدهد كه اين مواد در آينده فصل نشان مياين . ترين بخش كتاب است مطالعه قرار گرفته و مفصل

نقل زميني، ريلي، هوايي و و شايد بتوان نتيجه گرفت كه صنايع حمل. د داشتن خواه جايگاهيچه كننده عمده فصنعت ساختمان مصر. دريايي در آينده اتكاء زيادي براين مواد خواهند داشت

صنايع تصفيه سياالت و مواردي كه سطح به حجم باالي اين مواد . د بودديگر اين مواد خواهصنايع پزشكي، صنايع نظامي، صنايع مخابراتي و . كننده كاربردهاي ديگر است اهميت دارد تعيين

.هوافضا در آينده به اين مواد اتكاء خواهند داشتندس مرجان زاهدي و مهندس مريم ابويي كه در ترجمه بخش از بدينوسيله از زحمات خانمها مه

اميد . شوداند تشكرو قدرداني ميمباحث مطرح شده در فصل اول و دوم كتاب همكاري داشتهاست كه اين كتاب بتواند افق ديد ما را نسبت به اهميت اين مواد توسعه داده و نشان دهد كه توجه

. توسعه علم و صنعت در كشور كمك شاياني نمايدتواند به به رشته مهندسي مواد ميعهده گرفته است و هصنعت ايران كه چاپ و نشر اين كتاب را ب و با تشكر از انتشارات دانشگاه علم

تقبل نمودند،ند برجسته آقاي علي ديواندري كه طراحي روي جلد را م هنر با سپاس ازهمچنين آقايان مصطفي ديواندري و حافظ ديواندري به خاطر همكاري در بهسپاس خود را مولفين كتاب

.ندنماي آرايي تقديم مي طراحي و صفحه

مولفان 1385بهار

مقدمه چاپ دوم

اين مواد همچنـان موضـوع و كوشش در زمينه ارائه روش هاي توليد جديد فلزي بررسي خواص فوم هاي اكنـون حـداقل يـك مجلـه . تحقيقات گسترده شركت هاي صنعتي و تحقيقاتي و محافل دانشگاهي است

بين المللي تحت همين كنفرانس منتشر شده و ساليانه چندين "فوم فلزي "علمي تحت عنوان بين المللي كاربرد فوم هـاي فلـزي در صـنعت خـودرو و صـنايع نفـت و گـاز و پتروشـيمي و . عنوان برگزار مي گردد

.همچنين صنايع هوا فضا وكشتي سازي در حال گسترش استدر داخل كشور انتشار چاپ اول كتاب فوم هاي فلزي ، ضمن معرفي اين خانواده جديد از مواد مهندسـي ،

و صنعت قرار گرفته و كارهاي تحقيقاتي در زمينه توليد و بررسي خواص ايـن مـواد ستقبال دانشگاه مورد ا مراجعات مختلـف دانـشجويان كارشناسـي ارشـد و . در دانشگاه هاي مختلف شروع و رو به گسترش است

حقيـق در دكتري براي كسب اطالعات بيشتر در زمينه فوم ها به مولفين كتاب نشان داد كـه عالقـه بـه ت بـر طبـق اطالعـات . خصوص اين مواد تا چه حد در دانشگاه هاي مختلف كشور جدي گرفته شـده اسـت

بين دو تا پنج پروژه كارشناسي ارشد و دكتـرا دانشگاه هاي كشور موجود در هر يك از دانشكده هاي مواد . حال انجام است هاي فلزي در زمينه توليد و بررسي خواص فومدر

، نوع ماده ، شـامل فلـزات ، سـراميك هـا چهار كه توجه به مواد متخلخل بروي هر داشتنظر بايستي در حجـم از طرفـي . استكمتر انواع ديگر نسبت به ي متمركز بوده ولي سابقه نوع فلز هاپليمرها و كامپوزيت

هاي فلزي، بـويژه فوم زمينه مصرف كه رسدو بنظر مي توليد آن نيز در سالهاي اخير رو به افزايش گذاشته در صـنعت خـودرو آينـده بهتـري آن بـسته بيشتر در صنايع نفت و گاز و نوع تخلخل ،آننوع تخلخل باز

.داشته باشداكنون كه اين مقدمه بر چاپ دوم در حال نگارش است بر خود الزم مي دانيم كه از لطف و محبت جامعـه

ن از صنايع كشور به دليل ميـل و پيگيـري جهـت هاي خالصانه و همچني خاطر تشويق دانشگاهي كشور به اساتيد محترم، محققين بخش عالقه يادآوري. در سطح كشور تقدير و تشكر كنيم اين مواد و عرضه توليد

مولفـان . نيز موجب دلگرمي است به تحقيق بيشتر در اين زمينه هاي مختلف صنعت و دانشجويان دانشگاه اب را با تغييرات مناسب و با اضافه كردن نتايج آخرين تحقيقات منتشره اميدوارند كه بتوانند چاپ سوم كت .در سطح دنيا و كشور منتشر كنند

هاي مختلفي از اين مـواد را، موفق شده است كه نمونه - سه سيال - همكار ما در تهيه اين مجموعه شركتبـا شـركتهاي توليـد كننـده كه ممكن است در كوتاه مدت قابل توليد در كشور نباشـد، از طريـق ارتبـاط

نموده و در حال حاضـر مختلف در سطح دنيا و همچنين تبادل اطالعات با ساير مراكز تحقيقاتي دنيا تهيه اين امكان فراهم شده است كه زمينه كاربردي اين مواد در صـنايع نفـت و گـاز و پتروشـيمي و همچنـين

اميدواريم تا چـاپ سـوم كتـاب قـادر . ار گيرد صنعت خودرو و حمل ونقل هوايي و دريايي مورد تحقيق قر .روز كنيمباشيم آخرين دستاوردهاي كشور و جهان در اين زمينه را، جهت اطالع محققين، به ياري حق به

1389- گروه مولفان

با تشكر از همكارى:

www.bamdadbank.com

www.sesayal.com

فهرست مطالب صفحه عنوان

فصل اول

1---------------------------------------------------------تاريخچه -1 3---------------------------------------------------------معرفي -1-1 9--------------------------------------------- سوابق پژوهش و توليد-1-2

فصل دوم 15---------------------------------------------------هاي توليد روش -2 18--------------------------------------)ذوبي ( فرآيندهاي حالت مايع -2-1 18----------------------------------------سازي مستقيم از مذاب فوم -2-1-1 19-------------------------------( Hydro/Alcan )روش تزريق گاز -2-1-1-1 24------------------------------( Alporas ) استفاده از مواد حباب زا -2-1-1-2 27---------------------------------------انجماد يوتكتيكي فلز ـ گاز -2-1-2 30--------------------------------------- روش ذوب فشردان پودري-2-1-3

39------------------------------------------گري هاي ريخته وش ر-4 -2-1 39-------------------------- پليمريمدل با استفاده از دقيقگري ريخته -2-1-4-1 41----------------------------- پليمري اي دقيق مدل شبكهگري ريخته -2-1-4-2 42-----------------)گري نفوذي ريخته( ها گري در فضاي بين گلوله ريخته-2-1-4-3 49-----------------( Osprey process )زا پاشش مخلوط ذوب و ذرات حباب-2-1-5 50--------------------------------------------الت جامدفرآيندهاي ح -2-2 50------------------------------------ تف جوشي پودر يا الياف فلزي-2-2-1 52------------------------------------) پودر –گاز ( گاز يا - روش تله-2-2-2 55--------------------------)سازي دوغابي فوم( روش پودر سيال گازدار -2-2-3 56------------------------------------------------كاربرد فضاساز-2-2-4 58---------------------------------------ساختارهاي كروي توخالي -2-2-5

صفحه عنوان 62------------------------------------چسب/ كاربرد هم زمان پودر فلز-2-2-6 64--------------------------------------------وش واكنشي تف ج-2-2-7 64--------------------------------------------هاي رسوب دهي روش-2-3 64-------------------------------------- روش رسوب دهي الكتريكي-2-3-1 68----------------------------------------------- رسوب بخار فلز-2-3-2 69-------------------------------هاي توليد توسعه، تكامل و تنوع در روش -2-4 72----------------------گري تزريقي ريختهش فوم فلزي با فلز به روش پوش -2-4-1 73----------------------------------- كامپوزيتيهاي منيزيمي فوم توليد -2-4-2

فصل سوم 75---------------------------------------------------------خواص -3 77-------------------------------------------- نسبت استحكام به وزن-3-1 89------------------------------------------------- خواص حرارتي-3-2 89-------------------------------هاي فلزي ضريب انتقال حرارت در فوم-3-2-1 93------------------------------------------------- شار حرارتي -3-2-2 94--------------------------------------------------- افت فشار-3-2-3 95----------------------------------------------- خواص الكتريكي-3-3 101-------------------------------------------------- خواص صوتي-3-4 102-------------------------------------------- جذب صدا در مواد-3-4-1 103--------------------------------------هاي فلزي جذب صدا در فوم-3-4-2 113--------------------------------------------------- جذب انرژي-3-5 123-------------هاي فلزي توخالي در جذب انرژيهاي فلزي و لوله ي فوم مقايسه -3-5-1 128-----------------------------------هاي فلزي پر شده با فوم فلزيلوله -3-5-2 129------------------------------------------حفاظت در برابر انفجار -3-5-3 132------------------------------------------------- عمليات تكميلي-3-6

صفحه عنوان

فصل چهارم 147-----------------------------------------------هاي فلزي كاربرد فوم-4 151---------------------------------------------------- حمل و نقل-4-1 153---------------------------------------- و ريليينيحمل و نقل زم -4-1-1 169--------------------------------------------حمل و نقل دريايي -4-1-2 174--------------------------------------------- حمل و نقل هوايي-4-1-3 176------------------------------------------ حمل و نقل روي برف-4-1-4

177------------------------------------------------ صنايع ساختماني -4-2 201----------------------------------------------- تزييني كاربردهاي -4-3 207----------------------------------------------------- كاتاليست-4-4 218-------------------------------------------------------- باتري-4-5 223-------------------------------------------------- ي مبدل حرارت-4-6 237--------------------------------------------------- صنايع نظامي-4-7 243----------------------------------------------------- بيومتريال-4-8 250------------------------------------------------دهاي ويژهكاربر -4-9

267-------------------------------------------------------------منابع 277----------------------------------------------------------هاپيوست 284---------------------------------------------- فارسي- انگليسي واژه نامه

294---------------------------------------------- انگليسي-واژه نامه فارسي

تاريخچه

تاريخچه -1

معرفي-1-1

هاي منحصر به فرد، امكانات زيادي ويژگي توجه با،روند كهاي از مواد نو به شمار ميمواد فومي خانوادهجايگاه اين مواد چيست و اين توسعه چه مسيري داشته و . د داشتنهاي آينده خواهبراي توسعه در سالبندي مواد و تعيين جايگاه يادآوري آن جالب باشد تقسيماي كه شايد در همين ابتدا خواهد داشت؟ نكته

: هاي، مواد مهندسي به گروهيهاي علمبر طبق آخرين طبقه بندي. مواد فومي است فلزات

هاسراميك

)پليمرها(بسپارها

هاكامپوزيت

مواد طبيعي

مواد فومي

ال پيش متداول نبوده وكامالًهاي علمي ده س تقسيم بندي در كتابياين نحوه. شوندتقسيم بندي مياي جديد مطرح شوند؟ مروري بر اند كه به عنوان خانوادهچرا اين مواد به حدي اهميت يافته. جديد است

. را روشن نمايد)متخلخل( به مواد فومي تواند داليل توجهاين موضوع مي .اندصنايع مختلف پيدا كردهها توليد شده و كاربردهاي متعددي در پليمري ساليمواد فومي با پايه

صنايع دركه از مواد فومي پليمري هستند يانواع... و3استايرين، پلي2اتيلن، پلي1اورتانفومهاي پلي 1 - Polyurethane 2 - Polyethylene 3 - Polystyrene

فلزيهاي فوم 4

ي تصفيه،و خودرگري، ريخته لوازم خانگي، مبلمان اداري و خانگي،بندي، حمل و نقل، ساختمان، بستههايي دها و مصارف ديگر مطرح بوده و با توجه به ويژگي و بسياري كاربر و مايعاتهاسياالت شامل گاز

هاي آتي نيز مصرف آنها، بر طبق آمار موجود، رو به كه دارند جايگزيني براي آنها مطرح نبوده ودر سالكنند همان آيد چيزي كه اغلب مردم در ذهن تصور ميزماني كه صحبت از فوم به ميان مي. گسترش است

، حتي از كهويژه آنه ب. آن شايد رسوخ كاربرد اين مواد در مصارف خانگي باشددليل. فوم پليمري استهايي كه با سنين كودكي، اين گروه از مواد در لوازم خواب و استراحت كودكان و در انواع اسباب بازي

دا هاي پليمري در زندگي بشر نقش بسيار پر رنگي پيبه عبارت ديگر فوم. آن سر وكار دارند حضور دارد .دار نيست تا اين حد عميق و سابقههاهاي ديگر فوم گروهآشنايي ما با. اندكرده در در صنايع ساختماني، فيلتراسيون مواد فومي،ي از خانواده ديگرگروهيبه عنوان ، هاي سراميكي فوم

گاز و و به عنوان كاتاليزور در صنايع نفت تصفيه آب،ها، مذاب تصفيه،هاي گازي و محلولمحيط عرصه كهشود ه ميظ مالح.اي دارندشيمي و اخيراً در صنعت خودرو مطرح بوده و جايگاه ويژهپترو

تري ها عموميت كمجز صنايع ساختماني در ساير عرصهه تر بوده و بكاربرد و مصرف اين گروه تخصصي ايران ي مانندزله خيز زلدر كشور. تر استكمهاي آنها طور طبيعي شناخت عموم از ويژگيه داشته و ب

كاربرد اين مواد در . تري استتوجه به اين گروه از مواد فومي اهميت زيادي داشته و شايسته توجه بيشكمك شاياني به تواند تلفات ناشي از زلزله را در حد قابل توجهي كاهش داده و صنايع ساختماني مي

مواد و كاربرد آنها در صنعت ساختمان نقش جالب اين كه اين . استاندارد سازي صنعت ساختمان نمايدجويي زيادي در مصرف انرژي ها داشته و صرفهاي در كاهش تبادالت حرارتي در ساختمانهظقابل مالح

.دنبال دارده را ب علم و يبه روئيت كمتر كسي رسيده و بسياري از افرادي كه در محدوههاي فلزي گروه سوم يعني فوم

هاي توليد، خواص و نمايند با اين مواد به تازگي آشنا شده و با ويژگيو مطالعه ميمهندسي مواد فعاليت زمان يا به هم.شوندميها عمدتاً از آلياژهاي آلومينيم توليد فوماين . تر آشنا هستندكاربردهاي آن كم

و ساير فلزات روي، منيزيم، تيتانيم و،تدريج فلزات و آلياژهاي ديگري مانند فوالد، مس، نيكل، سرباي وسيع از محدوده به لحاظ قابليت فومي شدن مورد بررسي و مطالعه قرار گرفته وآلياژهاي آنها

و كاربرد اين مواد به ، خواصهاي توليد روشيتحقيق در زمينه. اند مطرح نموده راكاربردهاي مختلف انتظار اين خانواده و گروه از مواد درخشاني دري آيندههكرسد نظر ميه بسرعت در حال گسترش بوده و

.خواهد بود