Gazary – ultralekkie materiały dla przemysłu kosmicznego. AGH i Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN zacieśniają współpracę
W Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie otwarto Laboratorium Inżynierii Ciekłego Metalu na Wydziale Odlewnictwa. Otwarciu nowej pracowni towarzyszyło także podpisanie umowy o współpracy z Instytutem Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Polskiej Akademii Nauk.
W nowym laboratorium zespól naukowców z Wydziału Odlewnictwa AGH, z prof. Jerzym J. Sobczakiem na czele, będzie pracować nad gazarami – wysokoporowatymi materiałami metalowymi wytwarzanymi ze stanu ciekłego, których szerokim zastosowaniem zainteresowany jest przemysł kosmiczny, m.in. do budowy kadłubów i silników rakietowych.
– Gazary, struktury typu lotos, czy jak my je nazywamy, DioPoMat-y, to nowa grupa materiałów, zawierająca różnorodne substancje zdaje się nie do pogodzenia, a mianowicie metal lub ceramikę z gazem. W naszym przypadku jest to magnez z wodorem. To zdumiewające materiały, które zawierają nawet do 70 proc. objętości wodoru. Są superlekkie, a dodatkowo, mają unikatowy zespół cech materiałowych. Świetnie pochłaniają dźwięki, energię, tłumią drgania: innymi słowy maja wysoką zdolność tłumienia, tzw. damping capacity. Ponadto bardzo dobrze przenoszą wyższe temperatury, jeżeli są na bazie ceramiki, a ponadto bardzo dobrze sprawują się tam, gdzie masa jest wartością kluczową, czyli we wszystkiego rodzaju urządzeniach poruszających się na Ziemi i poza nią – podkreśla twórca gazarów z AGH w Krakowie prof. J. J. Sobczak.
Te lekkie i wytrzymałe materiały, w odróżnieniu do pian metalowych, pozwalają zwiększać wytrzymałość elementów przy jednoczesnej redukcji masy. To z kolei jest cechą poszukiwaną na przykład w przemyśle kosmicznym, zbrojeniowym czy motoryzacyjnym. – Przemysł samochodowy i lotniczy dąży do tego, żeby materiały, z których wytwarzane są części do różnego typu pojazdów, były wytrzymalsze, a jednocześnie lżejsze, żeby stosunek wytrzymałości do gęstości był jak największy. I to jest aktualnie główny cel innowacji w całym przemyśle światowym – wskazuje prof. Jerzy J. Sobczak.
Gazary mogą być stosowane jako lekkie materiały konstrukcyjne, absorbenty promieniowania czy energii uderzenia, rozpylacze/mieszalniki paliwa bądź radiatory. Aktualnie gazary znajdują zastosowanie jako filtry w przemyśle chemicznym, filtry do insuliny w medycynie, części rakiet i silników odrzutowych. – Unikalne właściwości gazarów czynią z nich potencjalnie znakomity materiał do zastosowania w nowoczesnej inżynierii materiałowej. Ich łączenie z innymi materiałami otwiera nowe możliwości badawcze w postaci syntezy nowej grupy materiałowej, tzw. gazarów hybrydowych. W tym zakresie planowane są wspólne przedsięwzięcia badawcze z partnerami z Chin – podkreśla prof. J. Sobczak.
Prace nad gazarami, które zostały po raz pierwszy przeprowadzone w latach 70 XX wieku na Ukrainie, od początku lat 90 są intensyfikowane w innych ośrodkach na świecie, w tym w USA, Niemczech, Japonii i w Chinach, gdzie pracowano nad lepszym i szerszym praktycznym wykorzystaniem tych materiałów. Powstanie gazarów czerpie inspiracje
z natury, która podpowiada tego typu rozwiązania – drewno, kość czy rafa koralowa, odznaczają się porowatą strukturą, a jednocześnie niezwykłą wytrzymałością w relacji do gęstości.
Jeszcze lepsze poznanie gazarów zapewni stanowisko do badań właściwości ciekłych metali, stopów, szkieł, żużli i innych substancji w szerokim zakresie temperatury topnienia (w warunkach od wysokiej próżni aż do ciśnienia atmosferycznego wybranych gazów osłonowych w zakresie temperatur od temperatury pokojowej do 2100°C).
Laboratorium Inżynierii Ciekłego Metalu na Wydziale Odlewnictwa będzie służyło przede wszystkim poszukiwaniu nowych zastosowań metali w szeroko rozumianej inżynierii materiałowej. Aparatura badawcza pozwoli na wyznaczenie właściwości stanu ciekłego badanego materiału oraz jego oddziaływania z ciałami stałymi. Umożliwia to prace nad lepszym poznaniem specyfiki gazarów oraz innych materiałów, zarówno metalowych jak i ceramicznych, które mogą znaleźć zastosowanie w lotnictwie, motoryzacji, budowie maszyn, przemyśle wydobywczym i przetwórstwie.
Rozwiązanie zostało opracowane przy współpracy z firmą MeasLine sp. z o.o. oraz z Instytutem Metalurgii i Inżynierii Materiałowej im. Aleksandra Krupkowskiego Polskiej Akademii Nauk w Krakowie. Dodatkowo urządzenie opracowane pod kierunkiem prof. J. J. Sobczaka otrzymało Złoty Medal Targów ITM Industry Europe 2021 w kategorii „Nauka dla Gospodarki”, które odbyły się w Poznaniu.
Umowa pomiędzy AGH i IMIM PAN zakłada przede wszystkim prowadzenie wspólnych badań nad opracowaniem nowych materiałów i technologii ich wytwarzania ze szczególnym uwzględnieniem inżynierii ciekłego metalu. Dodatkowo sygnatariusze umowy będą wspólnie aplikować o pozyskanie środków finansowych na badania i rozwój ze źródeł takich jak m.in. Narodowe Centrum Nauki, Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, fundusze europejskie czy usługi dla sektora przemysłowego. W ramach umowy partnerzy przystępują także do wspólnych badań z wykorzystaniem posiadanej infrastruktury badawczej. Za realizację umowy oraz poszukiwanie wspólnie z IMIM PAN nowych materiałów inżynierskich, w tym szerszego wykorzystania gazarów, będzie dbał Wydział Odlewnictwa AGH w Krakowie.
