Metalik Köpük

Biz insanlar ilk doğduğumuz andan itibaren malzemelere muhtacızdır, her insan en iyi malzemeleri kullanmak ister ve her zaman için seçenekler arsından en iyi olanı seçer. Bu kural ilk çağlardan beri geçerlidir; o zamanlar henüz alaşımlar, beton, altın, elmas gibi dayanıklı malzemeler keşfedilmemiş olsa da yine seçenekler arasında en iyi malzemeyi seçip kullanmışlardır. Aslında malzemelere muhtaç olma durumumuz günlük hayatta yaptığımız işleri daha dayanıklı ve daha konforlu malzemelerle yapma isteğimizdendir. Yemek yerken en iyi masada yemek isteriz, en güzel kumaştan yapılmış giysiler giymek isteriz, en iyi araba, en dayanıklı ev bizim olsun isteriz.

Bilim dünyası ise bu istekleri gerçeğe dönüştürmek için geçmişten günümüze kadar süren bir sürü çalışma yapmıştır: seramik malzemeler, polimerler, tıbbi implant malzemeleri, nano materyaller… Malzeme konusunda bilimin yaptığı en büyük katkılardan birisi ise ’’metalik katılardır’’. Metal köpükler  katı metalden oluşmasına rağmen içinde bir sürü hava dolu gözeneği olan dayanıklı ve hafif malzemelerdir.18. ve 19. yy. arasında yaşanan Sanayi Devrimi sonucu fabrikaların artışı ile yakıt ve enerji arayışı yüzünden  yaşanan 1.Dünya savaşı insanların ihtiyaç duyduğu malzemelerin farklılaşmasına sebebiyet verdi ve yine siyasi nedenlerden ötürü yaşanan 2. Dünya Savaşı’nda ilk defa ortaya çıkan metalik köpük savaş sırasında tank ve uçak gibi savaş araçlarının yapımında kullanıldı.

Köpükler sıvıların içinde bulunan gaz kabarcıklarıdır eğer köpüğün oluşmasını sağlayan sıvı ani bir şekilde katılaştırılsa katı köpük oluşur buna metalik köpüğü örnek verebiliriz. İlk olarak metalik köpük yapmayı deneyen isim Benjamin Sosnick oldu. Sosnick 1943’ te alüminyumu cıvayla köpükleştirmeyi denedi. Sosnick bu deneyi yaparken alüminyum ve cıva karışımının yüksek basınç altında hava almayacak biçimde erimesini sağladı daha sonra ise basıncı ortadan kaldırdı, alüminyumun erime sıcaklığında cıva buharlaşacaktı ve bu sayede köpük yapıyı elde edecekti basıncı sonra ortadan kaldırmasının sebebi ise kabarcıkların yüksek basınçta gazdan sıvı hale geçmesini önlemekti.

1950’lerde bu işlemin viskozite artırıldığında daha kolay yapılabileceği kanısına varıldı ve eritilen katıya oksit parçalarının eklenmesinin viskoziteyi artıracağı öne sürüldü. Bunun üzerine yapılan deneylerde eriyen katının oksitlenince viskozitesinde artış gözlenmesi sonucu işlem uygulamaya konuldu. Bu sıralarda ise ABD donanması da kati köpükler ile ilgili deneyler yapmaya başladı. Çalışmalar olumlu sonuç verince 50cm³ boyutlarında paneller üreten bir fabrika kuruldu, burada köpüğün çarpışma ve absorbsiyon gibi özellikleri üstünde de çalışıldı.

1950’lerde yükselişe geçen metal köpük araştırmaları 1980’lere kadar herhangi bir gelişme gösterememiş ve bu konunun üstünde fazla kafa yorulmamıştır. Daha sonra ise o zamana kadar enerji kaynaklarının sınırsız olduğunu düşünen insanların aslında kaynakların hiç de sınırsız olmadığını anlayınca gelecekte yakıt bulmak gibi bir sıkıntı yaşayacaklarını fark etmeleri ayrıca o zamanlar yeni ortaya çıkan savaş uçakları ve tank gibi askeri araçların boyutları yüzünden ağırlıklarının da çok olması metalik köpüğe değer kazandırmıştır. Bunun üzerine tekrar metalik köpük üzerinde çalışılmaya başlanmıştır. Bu enerjiden ve ağırlıktan tasarruf etme ihtiyacı Japonya ‘da Shinko Wire, Norveç ‘te Norsk ve Hydro gibi şirketlerin yeni üretim teknikleri geliştirmesini sağlamıştır.

Metalik köpükler açık hücreli ve kapalı hücreli metalik köpük olmak üzere ikiye ayrılır. Kapalı hücreliler de hava dolu olan kabarcıkların etrafı metal ile kaplıyken açık hücrelilerde kabarcıklar dışarısı ve diğer kabarcıklarla temas halindedir ve metal kısım daha incedir bu yüzden kapalı hücreliler ısıyı korumak açık hücreliler ise ısıyı iletmek için daha uygundur. Üstelik açık hücrelilerin maliyeti daha ucuzdur çünkü yapım aşamasında kullanılan metal tabaka daha azdır.

Günümüzde uzay sanayisi, araç yapımı, demir yolu taşımacılığı ve asansör yapımı başta olmak üzere birçok alanda kullanılmaktadır. Metalik köpük absorbe etme, ısıyı koruyabilme, hafif olma, yoğunluğunun az olması ve yüksek dayanıklılığı gibi özellikleri sayesinde enerji tasarrufunun ve benzin gibi araç yakıtlarının çok daha az tüketilmesinin önünü açan çevreci, işlevsel bir buluştur. Aynı zamanda da malzeme biliminin katkıları sayesinde ortaya çıkmıştır ve metalik köpük daha işlevsel hale getirilmek için geliştirilmeye devam edilmektedir.