Con schiuma metallica si intendono materiali metallici speciali dotati di pori espansi. Grazie alle sue caratteristiche strutturali uniche, la schiuma metallica presenta una serie di vantaggi, quali bassa densità, buone prestazioni di isolamento termico, buone prestazioni di isolamento acustico e capacità di assorbire le onde elettromagnetiche.

Ha un'elevata permeabilità all'aria, quasi tutti i pori sono collegati, il BET dei pori è grande e la densità apparente è piccola.

Classificazioni della schiuma metallica

Le schiume metalliche sono principalmente schiume di alluminio, schiume di rame, schiume di nichel e schiume di altre leghe.

La schiuma di alluminio con leghe è leggera e presenta caratteristiche di assorbimento acustico, isolamento termico, riduzione delle vibrazioni, assorbimento dell'energia d'urto e delle onde elettromagnetiche, ecc. È adatta per la protezione dagli urti di missili, aeromobili e relative parti di recupero, respingenti per automobili, dispositivi elettromeccanici di riduzione delle vibrazioni, schermatura delle onde elettromagnetiche di alimentatori a impulsi, ecc.

Grazie alla struttura a pori connessi e all'elevata porosità, la schiuma di nichel offre elevate prestazioni in termini di gas, elevata superficie specifica e forza capillare. Viene utilizzata principalmente come materiale funzionale per realizzare filtri per fluidi, atomizzatori, convertitori catalitici, piastre per batterie e scambiatori di calore.

La schiuma di rame ha una buona conduttività e duttilità, costi di preparazione inferiori rispetto alla schiuma di nichel e una migliore conduttività, per cui può essere utilizzata nella preparazione di materiali per anodi (vettori) di batterie, veicoli di catalizzatori e materiali di schermatura elettromagnetica.

In particolare, la schiuma di rame viene utilizzata come materiale di base per gli elettrodi delle batterie, il che presenta evidenti vantaggi. Tuttavia, la resistenza alla corrosione del rame non è buona quanto quella del nichel, il che ne limita l'applicazione.

Applicazioni di schiuma metallica

Le schiume metalliche presentano una certa resistenza, duttilità e additabilità e possono essere utilizzate come materiali strutturali leggeri. Questo materiale è stato a lungo utilizzato come materiale di base per le clip degli aeromobili. Nell'industria aerospaziale e missilistica, le schiume metalliche vengono utilizzate come strutture di supporto leggere per il trasferimento di calore. Poiché possono essere saldate, incollate o galvanizzate sulla struttura, possono essere trasformate in un elemento portante a sandwich. Come il supporto per il guscio metallico dell'ala, il supporto anticollisione per il cono anteriore del missile (grazie alla sua buona conduttività termica) e il carrello di atterraggio del veicolo spaziale, ecc.

In edilizia, la schiuma metallica è necessaria per realizzare elementi leggeri, duri e ignifughi, ringhiere o supporti per questi oggetti. L'accelerazione e la decelerazione degli ascensori moderni ad alta frequenza e alta velocità richiedono anche la struttura leggera della schiuma metallica, che ha sia caratteristiche di assorbimento di energia che di portanza per ridurre il consumo energetico. I gusci cilindrici sono ampiamente utilizzati nelle strutture ingegneristiche, come le fusoliere degli aerei e le piattaforme petrolifere offshore. I gusci cilindrici con pareti sottili sono soggetti a danni quando sottoposti a carichi, ma se il guscio è supportato da bobine di schiuma continua, la struttura ha una maggiore resistenza rispetto a un guscio centrale non rinforzato dello stesso diametro e dimensione.

La schiuma di rame è facile da produrre e da deformare, quindi è adatta per gli elementi di fissaggio.

Le schiume metalliche possono essere utilizzate anche come rinforzi per molti materiali organici, inorganici e metallici. Ad esempio, il materiale in lega di alluminio rinforzata con schiuma di nichel (NFRA) viene realizzato dopo la solidificazione riempiendo l'alluminio fuso con schiuma di nichel.

La schiuma metallica è molto adatta all'uso come materiale in rotoli leggero per trasportare una varietà di pannelli, gusci e tubi per realizzare una varietà di compositi laminati. Un tipico esempio dell'uso di materiali porosi nelle parti strutturali sono i pannelli sandwich. I pannelli sandwich utilizzati nei moderni aeromobili utilizzano un rivestimento composito in fibra di vetro o carbonio. Questo strato di rivestimento è separato dal materiale a nido d'ape in resina da alluminio metallico o carta, oppure da schiuma polimerica rigida per conferire al pannello sandwich un'elevata rigidità specifica alla flessione e una resistenza specifica alla flessione. La stessa tecnologia è stata estesa ad altre applicazioni in cui il peso è un indicatore chiave: astronavi, slitte, barche da regata ed edifici in movimento.

Anche la protezione tampone è uno degli utilizzi principali delle schiume metalliche, che devono avere la capacità di assorbire energia controllando al contempo la forza massima che agisce sull'oggetto da proteggere al di sotto del limite di danneggiamento.

Le schiume porose sono adatte a tali applicazioni. Controllandone la densità relativa, è possibile regolare la resistenza delle schiume metalliche entro un ampio intervallo.