金屬橡膠

是研究如何設計和製備橡膠構件，以及應用金屬橡膠構件實現阻尼減振、過濾、密封、節流等獨特功能的關鍵技術。製備金屬橡膠元件的原材料是直徑為0.05-0.3mm的不鏽鋼或鋼絲。其製作工藝獨特，製備成的構件可以滿足航空航天、空間飛行器及民品工況的特殊需要，解決高温、低温、高壓、高真空及劇烈振動等環境下的阻尼、減振、過濾、密封、節流、熱傳導等問題。金屬橡膠構件既具有所選金屬的固有特性，又具有類似於橡膠一樣的彈性。在空間環境下不蒸發，不懼高温和低温，不怕空間輻射和粒子撞擊，選擇不同的金屬還可以耐腐蝕環境，且無老化的可能，是傳統橡膠的最佳替代品。我國對金屬橡膠構件的研究起步較晚，但金屬橡膠零件在空間飛行器上的應用已引起各級主管部門的重視，航空航天領域各科研部門對金屬橡膠構件提出了全面需求。金屬橡膠產品在我國具有廣泛的應用市場。

你能否想象，有一種材料既可以像橡膠一樣彎曲和拉伸，又可以像金屬一樣導電？這就是利用納米技術製造出來的新材料———金屬橡膠。“金屬橡膠”的出現是材料學上的一次革命，也是納米技術在新材料領域的成功應用。有了它，未來的飛機可以擁有像鳥兒一樣可扇動的翅膀；有了它，未來的航空座椅將舒適無比；有了它，甚至連電視都可以做得又平又軟，還能摺疊起來放在口袋裏……

人類一直幻想能夠擁有像鳥類一樣的翅膀。從人類第一次綁上羽毛模仿鳥類飛行到製造出空中巨無霸波音747，這種追求從來沒有停止過。但即使在科技已經高度發達的今天，人類仍然無法完全模仿鳥類的飛行。

科學家對鳥類研究後發現，在飛行中，鳥類能根據飛行的需要，隨時改變翅膀的形狀，以適應不同的飛行狀態，這種飛行不僅更經濟，而且更有效、更安全。而製造可以變換形狀的翅膀，就需要一種既具備金屬的導電特性，又具備橡膠伸縮自如特點的新材料。

如今，金屬橡膠的問世，給人類製造出像鳥類翅膀一樣的“智能飛行翼”帶來了新的曙光。

製造了金屬橡膠的能人，是來自美國弗吉尼亞州的一個科學小組，這個小組的帶頭人就是材料學和工程學專家理查德克勞斯教授。該小組用了整整6年的時間，終於使金屬橡膠變成了現實。

金屬橡膠的顏色呈棕褐色，外表有點像普通的塑料包裝殼，但在這種普通外表的背後，則藴含着一些令人吃驚的物理特性：它可以在外力的作用下拉伸2到3倍，隨後恢復原狀；被拉伸時，這種材料仍能夠保持其金屬特徵，具有導電性；它可以像橡膠一樣百毒不侵，無論將其放入航空燃料還是丙酮液體裏，它都能完好無損地不被腐蝕，也不會發生結構上或化學上的降解；它可以在華氏700度的高温下不燃燒，也可以在華氏-167度的低温下不變性，其結構十分穩定。

1、選擇金屬絲

製作金屬橡膠的金屬絲原材料,要求具有較高的彈性、較好疲勞性能、耐腐蝕性、抗氧化性等。彈性模量與強度這兩個性能參數直接影響金屬橡膠的機械性能,彈性模量決定材料的剛度,強度大但彈性模量低的材料不適合作為結構材料使用,因為對零件施加載荷時,由這種材料製成的結構有很大的殘餘變形。金屬絲成份根據工件的工作條件確定,絲徑主要根據構件用途與尺寸確定,針對高温和腐蝕介質條件下金屬橡膠在減振器和彈性阻尼方面的應用,絲線主要採用奧氏體不鏽鋼材料,既克服了橡膠類有機非金屬材料不耐高温、耐腐蝕性差的缺陷,又克服了一般碳素鋼及其它金屬材料耐腐蝕性差的缺陷。應用的主要有0Cr18Ni9Ti 、1Cr18Ni9Ti 兩種材料, 絲徑一般為0. 08mm～0. 15mm。

2、繞制螺旋卷

根據絲徑、構件的工況與尺寸等確定螺旋卷的直徑。金屬橡膠主要應用於航空航天領域,多為小型件、微型件,故螺旋卷直徑一般在0. 5mm～1. 2mm 範圍。

3、定螺距拉伸

定螺距拉伸以利於編織毛坯以及壓制成型。

4、 編織毛坯

金屬橡膠零件尺寸、孔隙度和機械性能很大程度上與編織工藝有關。對於隔振器一類的元件,配料時應使螺線卷的根數儘量少,以保證整個構件的拉壓強度和阻尼性能。金屬橡膠材料的組織宏觀不一致性是因製造工藝不合理造成的,可以被消除;微觀不一致性是金屬橡膠材料組織本身不能獲得分佈均勻的孔隙而形成的,取決於樣件的孔隙度和螺線卷直徑及金屬絲直徑。材料的孔隙度越小,組織性能越高,而對於相同孔隙度的樣件,其單位體積內的絲線表面積越大,則它的組織性能越高。金屬橡膠材料單位體積中排放的螺線卷越多,則組織質量越高。孔隙尺寸的穩定性和孔隙沿整體材料體積分佈的均勻性是金屬橡膠材料的基本特性 。

5、衝壓成型

毛坯須在沖模中經衝壓達到所要求的幾何外形和性能,衝壓壓力一般為10MPa～25MPa 。衝壓是經多次循環加壓情況下完成的,以保證金屬橡膠構件的尺寸與性能穩定性 。

6.後期處理

金屬橡膠件後期處理主要取決於工作環境和特殊使用要求：

①清洗：對於彈性阻尼件，要採用超聲波清洗;

②熱處理：為消除製作過程的冷作應力及調整製件的硬度和塑性，要對製件進行熱處理;

③保護膜：如有耐腐蝕的要求，則要塗覆保護膜。

深入分析金屬橡膠材料組織結構特點和物理、機械性能的基礎上，確認金屬橡

膠材料在工程中具有極其廣闊的應用前景，主要應用領域包括：

(1)採用耐高温的金屬橡膠減振墊後，可使發動機等管道振動事故大為減少;

(2)採用金屬橡膠隔振器後，可以減少航天器太陽能帆板的振動，顯著提高對地偵察衞星及無人機拍照分辨率和清晰度;

(3)兼顧孔隙散熱和吸聲特性的MR材料能綜合解決熱防護及噪聲抑制問題;

(4)具有多孔隙毛細作用MR製造的各類性能優良的熱管和常規熱管相比具有可彎曲變形以適應結構形狀的特點，特別適合於飛行器的應用;

(5)採用薄金屬殼裹帶彈性的MR製造的O型密封圈比不帶MR的‘空心O型密封圈’的密封效果要好得多;

(6)工作温度範圍寬、介質穩定性好、有效孔隙度高、使用壽命長等特點的MR製造的性能優良的過濾器、減壓器和調壓器，可用於火箭發動機和氣動、液壓系統;

(7)與其它防摩材料(氟塑料等)相複合製造的彈性金屬塑料(EMP)軸承，可提高軸承的工作壽命，與其它多孔隙材料軸承相比，金屬橡膠軸承的彈性與阻尼特性更好，從而更有利於安裝和提高使用壽命。

1、 具有橡膠的彈性和多孔金屬的孔隙特性;

2、 獨特的阻尼特性為精密儀器、儀表提供專屬的精確隔振;

3、 三維等剛度隔振器，對隔離空間任意方向的振動和衝擊能力近似相同;

4、 全環境適應性、存儲、使用壽命長：耐高低温(-80℃--1000℃)、耐鹽霧、黴菌、潮濕、臭氧、油脂、真空、日照、核輻射、塵埃和各種有機溶劑腐蝕;

5、 變剛度特性：載荷與變形關係呈現非線性，即出現剛度漸軟效果，會降低系統空間方向的“固有頻率”。使本品隨外激勵量級的增加，“固有頻率”減小，因此具有良好的隔振效果;

6、 變阻尼特性：在共振區內阻尼顯著增大，能有效抑制共振峯值，在隔振區內阻尼迅速減小，因而具有優良的阻尼減振特性;

7、 結構緊湊、體積小、重量輕;

8、 低蠕變特性：避免因隔振器蠕變引起導線、導管因衝擊而扯斷、開裂，以及設備下沉、傾斜而導致的剛性碰撞;

9、方便現場拆卸、更換隔振器另部件。