北卡罗来纳州立大学的研究人员已经证明，复合金属泡沫 (CMF) 可以出色地通过所谓的“模拟池火灾测试”，使材料更接近于用于危险材料的包装和运输等应用。此外，研究人员使用这些实验数据开发了一个模型，用于预测 CMF 的变化将如何影响其性能。

模拟池火灾测试不是计算模拟。这是一项实验测试，材料必须通过才能被考虑用于制造运输危险材料的轨道罐车。在模拟池火灾测试中，一块材料在一侧至少暴露在 816 摄氏度的温度下 100 分钟。一组热传感器位于面板的另一侧。如果这些受保护的传感器在 100 分钟内的任何一点记录到 427 摄氏度或更高的温度，则该材料未通过测试。

在他们的测试中，北卡罗来纳州立大学的研究人员使用了由钢 - 钢 CMF 制成的面板。CMF 是一种泡沫，由中空的金属球体组成——由碳钢、不锈钢或钛等材料制成——嵌入由钢、铝或其他金属合金制成的金属基体中。“钢-钢”CMF 表示球体和基体均由钢制成。

“相同厚度的实心钢板在大约 12 分钟内达到 427 摄氏度，”该工作论文的第一作者、北卡罗来纳州机械和航空航天工程教授 Afsaneh Rabiei 说。“在三轮测试中，我们的钢-钢 CMF 暴露在 825 摄氏度的相同温度下整整 100 分钟——使用受保护传感器在面板背面记录的最高温度在 351 到 379 摄氏度之间值得注意的是，钢-钢CMF面板在大约12分钟内测试不及格的实心钢板重量仅为其三分之一。

“换句话说，CMF 大幅通过了测试，”Rabiei 说。“基于实验和建模结果，以及不确定性研究——所有这些都在本文中报告——15.9 毫米厚的钢-钢 CMF 大大满足了模拟池火灾测试的验收标准。我们正在测试 CMF 作为用于运输危险品的新型绝缘系统，但它也与从军用车辆到建筑结构的应用有关。”

新研究建立在之前的工作基础上，该研究发现 CMF 在隔热方面比传统金属和合金(如钢)更有效。总之，这些发现突出了 CMF 在储存和运输核材​​料、危险材料、爆炸物和其他热敏材料以及太空探索方面的潜力。

但这项新研究也为研究人员提供了大量数据，他们可以用来帮助微调 CMF 的理想特性，具体取决于预期应用。

“因为我们可以控制 CMF 的特征，例如泡沫中空心球的大小，我们希望创建一个模型，该模型可用于预测不同类型的 CMF 在模拟水池火灾测试中的表现，”Rabiei说。“这将使我们能够设计未来的泡沫，以找到物理、机械和热性能的最佳平衡。”

研究人员通过利用模拟池火灾测试实验的数据建立了模型。并且基于对模型的严格评估，他们发现模型的预测准确度在 10 摄氏度以内。

“我们接下来的步骤包括扩展模型，让我们能够模拟所谓的火炬点火测试，”Rabiei 说。“运输危险材料的罐车中使用的材料也需要进行火炬燃烧测试，但它需要更大的样本——4 英尺 x 4 英尺的面板。”

这项工作是在美国交通部管道和危险材料安全管理局的支持下完成的，授权号为 DTPH5616C00001。