Introducción
Los materiales celulares están muy extendidos en la vida cotidiana y se utilizan para colchones, amortiguación, aislantes, construcción, filtración, y muchas otras aplicaciones. Los materiales altamente porosos combinan una alta rigidez con una densidad muy baja. Con frecuencia los materiales celulares se producen en la naturaleza como materiales de construcción (por ejemplo, madera, hueso). El hecho de que incluso metales y aleaciones de metales puedan ser producidos como sólidos celulares o espumas metálicas no es tan conocido como la posibilidad de crear espumas de materiales de ingeniería más tradicionales, tales como plásticos, cerámica y vidrio. Las espumas metálicas ofrecen propiedades interesantes debido a la combinación del carácter metálico con una estructura porosa.
Desde alrededor de 1960, se han hecho muchos intentos por crear espumas de metales o para producir estructuras metálicas porosas. Aquí vamos a describir solo algunos de los procedimientos más importantes y exitosos.
No existe una definición clara y generalmente aceptada del término "espuma". En primer lugar, hay que distinguir entre espumas de líquidos y sólidos. Una espuma de líquido es una dispersión fina de burbujas de gas en un líquido. Enfriar una espuma líquido por debajo del punto de fusión del material respectivo produce una espuma de líquido congelada que es entonces claramente una espuma sólida. Lo que generalmente se entiende en el contexto de espumas metálicas es en general espumas metálicas sólidas. El uso de la palabra "espuma sólida" podría limitarse a los materiales que originalmente estaban en estado líquido. Sin embargo, habitualmente otras estructuras porosas tales como polvos de metal sinterizado a menudo también se denominan espumas, a pesar de que nunca estuvieron en un estado líquido. Por lo tanto, el uso de la palabra "espuma" a menudo se extiende a estructuras metálicas porosas que no son realmente espumas, pero se asemejan a espumas con respecto a su alta porosidad, la interconectividad del material sólido, y su estructura irregular.
Una espuma metálica es un medio poroso hecho por el hombre que tiene una matriz sólida de metal con huecos vacíos o llenos de líquido. Si los huecos están conectados a través de los poros abiertos, la espuma se describe como de celdas abiertas; si los huecos no están conectados a través de canales abiertos, y están separados por paredes sólidas, la espuma se conoce como de célula cerrada. El número de poros por pulgada lineal (ppi) oscila actualmente de 5 a 100. Obviamente, cada tipo de espuma se presta a aplicaciones adecuadas.
La proporción entre el espacio vacío y volumen total de una pieza de espuma se llama la porosidad. La espuma metálica puede tener porosidades muy altas (hasta 0.98 o 0.99). La alta porosidad hace espumas metálicas muy ligeras, un hecho que las hace extremadamente atractivas como una tecnología industrial para aplicaciones en las que el peso es una restricción primaria del diseño. Algunas espumas se producen con puntales huecos para que sean aún más ligeras.
Las espumas metálicas han existido por muchas décadas. Como tales, son una clase bien desarrollada de los materiales de ingeniería que pueden ser producidas por muchas técnicas en una variedad de formas.
Las espumas metálicas ofrecen una serie de propiedades extraordinarias, muchas de ellas altamente reproducibles. Las propiedades se pueden combinar y adaptar a producir nuevos perfiles de propiedades para diversas aplicaciones. Algunas espumas se pueden producir con propiedades predefinidas, dependiendo de la aplicación prevista, variando el material y la estructura interna. Las espumas son mecánicamente estables, dúctiles y fáciles de moldear. Al ser materiales de baja densidad (por ejemplo, 0,45 kg / m3), las espumas metálicas pueden reducir el consumo de materiales y de energía, y potencialmente reducir también los costos. Muchas espumas poseen altos niveles de conductividad térmica y eléctrica y baja capacidad de calor. Otros atributos incluyen resistencia química, a la corrosión y a la oxidación, estabilidad a altas temperaturas (hasta 1200 ºC), aislamientoo acústico y a las vibraciones y el blindaje electromagnético. Las espumas son, evidentemente, no inflamables, no combustibles y reciclables. Las espumas de célula abierta son altamente permeables con una densidad de área superficie sustancial (hasta 5600 m2 / m3).
Las estructuras sándwich de espumas metálicas se han utilizado comercialmente durante varios años. Los paneles sándwich de espuma de aluminio (AFS) constan de un núcleo de espuma de aluminio cubierta por una capa de aluminio, acero o titanio en cada lado.
Recientemente se han hecho núcleos de espuma de aleaciones de magnesio. En comparación con los elementos de hojas convencionales, los paneles sándwich de espuma de aluminio AFS tiene una alta rigidez con bajo peso. Para ciertas combinaciones de metal-espuma (metales con diferentes puntos de fusión), los enlaces metálicos entre el núcleo de espuma y las hojas de la cara son muy posibles, mientras que la unión adhesiva aún puede ser una excelente opción en otros casos.