1. 発泡金属と発泡アルミニウムとは何か
歴史上、発泡金属の発見は、材料工学分野全体の革命における重要な節目となりました。金属発泡体は、多数の気孔を有する金属構造からなる材料であり、構造に沿って気体が充填されています。これらの金属発泡体の気孔は、相互接続または密閉シールの形状をしており、それぞれオープンセルフォームとクローズドセルフォームと呼ばれます。その中でも、アルミニウムフォームは現在、最も応用の可能性が高い発泡金属であり、高多孔性、低密度、軽量、高強度、良好な圧縮性、良好な衝撃吸収性、良好な吸音性、電磁シールドなどの一連の優れた特性により、「金属スター」として知られています。 「金属スター」は、航空宇宙工学、製造業、および物理科学分野のその他の処理方法で広く使用されています。

アルミニウムフォームの構造特性：（a）オープンセルアルミニウムフォーム、（b）クローズドセルアルミニウムフォーム

2. 特性と応用アルミニウムフォーム
アルミニウムフォームは、高い多孔性と多孔質構造を持つ金属であり、密閉された気孔が金属材料の総体積の約4分の3を占めているため、非常に軽量です。これらの特性に加え、アルミニウムフォームは優れたエネルギー吸収特性と高い圧縮性を備えています。密度に関しては、研究者らは、ほとんどのアルミニウムフォームサンプルの密度が約0.4～1.2 g/cm-3であることを発見しました。さらに、アルミニウムフォームは吸音性、リサイクル性、低熱伝導性を備えています。

ビルジ部分構造の耐衝撃性向上：1 – 上部スキン；2 –アルミニウムフォームトラス; 3 – 下部スキン

用途に関して言えば、アルミニウムフォームは電磁シールド性、軽量性、吸収性といった特性を有しており、過酷な物理的環境にも耐えられることから、制御核融合装置、自動車、航空宇宙、建設産業で使用される部品として理想的な候補となっています。制御核融合装置において、独立気泡アルミニウムフォームは優れた電磁シールド材となります。比表面積が大きく、電磁波の吸収・反射性に優れたアルミニウムフォーム骨格が相互接続されているため、吸収損失や反射損失といった様々な損失がアルミニウムフォーム内で発生し、優れた電磁シールド特性を発揮します。また、アルミニウムフォームの電磁シールド効果は、電磁波周波数の増加に伴って低下し、その後上昇することが分かっています。航空宇宙産業では、アルミニウムフォームはスペースコーンやタービンの製造部品として利用されており、アルミニウムフォームの質量が小さいため、航空機部品の総重量の削減に特に有効です。さらに、優れたエネルギー吸収材として、アルミニウムフォームは宇宙船の緩衝材、振動吸収材、宇宙船帰還カプセルの底部などに使用され、安全な着陸を可能にし、宇宙飛行士と宇宙機器を保護します。アルミニウムフォームはエネルギーを効果的に吸収し、振動を減衰させることで、宇宙船の着陸衝突時に宇宙飛行士の安全を確保します。
自動車業界では、アルミニウムフォームはフレームに使用される部品の総数を削減し、組み立て工程の効率化に貢献し、最終的にはコスト削減と性能向上に貢献しています。現在、アルミニウムフォームは、市販されている車体構造において、クラッシュバー、クロスメンバー、ドアビームなどに使用されています。

(a) 車体の局所的なエネルギー吸収部分の図。(b) アルミニウムの模式図フォームクラッシュバー。

建設業界では、アルミニウムフォーム激しい騒音に対する防護・耐火バリアとして機能します。独立気泡アルミニウムフォームの建築用途の代表的な例としては、ロンドン地下鉄駅と上海のSOHOリバイバルスクエアが挙げられます。これらの建物では、設計者が吸音・遮音のために大量のアルミニウムフォームを使用しました。

(a) (b) 上海のSOHOプラザの内部に使用されているアルミニウムフォームの写真。(c) ロンドン地下鉄バーモンジー駅のアルミニウムフォーム + 金属空洞複合吸音壁。

3. 結論
アルミニウムフォームの発見は注目すべき成果であると考えられています。アルミニウムフォームこの素材は、優れた電磁シールド特性、軽量、低密度、振動減衰特性、エネルギー吸収特性を兼ね備えており、今日の様々な産業で広く応用されています。興味深いことに、アルミニウムフォームは環境に優しくリサイクル可能な製品でもあります。つまり、将来的には多くの産業用途で使用されることが期待される持続可能な素材です。