Metallskum | FoU av ballistiska skyddssystem för moderna krigföringsapplikationer

Vad är ballistiskt material? Var används den?
Den vanligaste hårda rustningen kommer att använda keramiska plattor som baffel, men keramen splittras vid stöten och förlorar sin energi för ihållande strid. De flesta pansar med metallplåt har samma problem med att kulor flagnar av vid kollisionen. Dessa fragment kan orsaka skada på bäraren av rustningen. Bärare som applicerar sekundära pansarlappar på sina ansikten kan vara mycket obekväma och lägga till kostnader för individen, företaget eller regeringen. Utvecklingen av lätta stridstekniker som flygplan och amfibiefordon, liksom behovet av att öka rörligheten för markstyrkor, kräver ballistiska material som fortsätter att minska pansarvikten samtidigt som ballistisk prestanda förbättras.
Ballistiska sköldar finns i en mängd olika typer och kvaliteter. Dessa material används för att skydda glas, fordonsrustningar, kroppsskydd och sköldar. Laminerade plastskivor erbjuder ett brett utbud av skydd, från certifierat förseglat glas till tertiära ballistiska material. Ballistiska material är vanligtvis styva, men kan också vara mjuka. De kan vara komplexa, såsom Kevlar, UHMWPE, Lexan eller kolfiberkompositer, eller enkla, som t.ex.aluminium, stål, titan eller andra legeringar.
Med teknikens framsteg har ballistisk kroppsrustning förändrats radikalt. Marknaden för skottsäkra undertröjor upplever en revolution som är säkrare och lättare. Detta har öppnat upp en ny slagmark för Composite Metal Foam (CMF)-teknik, som tar den bort från sfären av medicinska procedurer, allt från bilstötfångare till knäbyten.
Enkla eller sammansatta skummetaller är ansvariga för detta - dessa är strukturella skum i form av ihåliga metallsfärer, som är inbäddade i ballistiska enheter som ett kärnmaterial, men också som mellanprodukter i komplexa applikationer som pansarstål, keramik och fiberskivor. Skummet stoppar inte bara den höga hastigheten från kulor och granater, utan krossar dem också helt. Inte ens pansargenomträngande kulor, designade speciellt för att slita igenom rustningar, kan inte penetrera dem.
För krigaren inkluderar skummetall i personlig skyddsutrustning:

• Skottsäkra västar för allmänna ändamål
• Active Flotation Skottsäkra västar
• Passiva flytande skottsäkra västar
• Taktiska ballistiska hjälmar
• Ballistiska axel- och sidoskyddsskydd
• Med visir och ryggskydd
• Ballistiska sköldar

För tunga bepansrade instrument såväl som överlevnadsutrustning används skummetall för en mängd olika applikationer inklusive:

• Att göra kompositrustning
• Tillverkning av mintåliga bottenplattor för fordon
• Tillverkar militära dropboxar

Vad är Foam Metal? Vad är Foam Metal och vilka är dess otroliga egenskaper?
Skummetall är ett poröst metalliskt material som bildar en tredimensionell nätstruktur i en metallisk matris. Eftersom det finns många porer imetallskum, storleken, antalet, enhetligheten, anslutningen och tätningen av porerna påverkar dess egenskaper. Parametrar som är nära relaterade till egenskaperna hos skummetaller inkluderar porstorlek, total porositet, effektiv porositet, densitet och specifik ytarea.
Skummetall, som en ny typ av material med både metalliska egenskaper och vissa speciella fysikaliska egenskaper hos icke-metalliska material, får mer och mer uppmärksamhet. Huvudegenskaperna hos skummetall är följande:

• Ultralätt material (75-95% av volymen består av tomrum)
• Mycket hög porositet
• Hög tryckhållfasthet kombinerat med goda energiupptagande egenskaper
• Låg värmeledningsförmåga
• Hög styrka

Impaktenergiabsorptionsprincipen för skummetaller
Förutom att användas kommersiellt för filtrering, bullerreducering, isolering och katalysatorbärare,metallskumär en stark kandidat för tillämpning i kompositpansarsystem inom området energiabsorption.
Som en ballistisk skyddsanordning är skummetall ett lätt, höghållfast skummaterial tillverkat av ihåliga metallsfärer inbäddade i en solid metallmatris. Detta material har visat utmärkta mekaniska egenskaper jämfört med något annat metalliskt material. Dessa överlägsna egenskaper hos skummetallen fångar energin snabbt vid stötar med hög ballistisk hastighet jämfört med kvasistatisk belastning.
Kommersiellt tillgängliga energiabsorbenter, som vanligtvis absorberar kinetisk mekanisk energi genom att komprimera eller avleda den med en relativt konstant påkänning över en lång sträcka, fungerar något på samma sätt som fjädrar, men de studsar tillbaka, vilket gör dem till energilagringsenheter snarare än energiabsorbenter.
Den porösa strukturen hos metallskum ger dem en unik spännings-töjningskurva; när väl den applicerade spänningen överstiger extruderingsplatån kommer skummet att börja komprimeras vid en ganska konstant spänning till cirka 50-70 % töjning. Förlängningen av spännings-/töjningskurvan definierar beteendet hos en idealisk energiabsorbator.

Hur fungerar skummetall på kroppsskydd?
Skummetall har visat sig fånga kulfragment och skydda dig från sekundär skada. De flesta militära kroppsrustningar använder ett Kevlar-liknande material som ett baklager, vilket vanligtvis är klassat som III-A och kommer att stoppa pistolskott på egen hand. Mjuk rustning stoppar kulor genom att avleda energi, och eftersom de flesta handeldvapenkulor inte är lika vassa som gevärskulor behöver du bara sakta ner dem så att de inte tränger igenom din hud. Skummetallskiktet är pansarskyddets stötdämpare för de högre energikulorna som kräver hård rustning för att stanna. Den expanderande strukturen avmetallskumöverför kollisionsenergi mycket mindre effektivt än fasta komponenter. I anslagsområdet anpassar sig skummet lätt till det stötande föremålet. Denna plastiska deformation absorberar lokalt mekanisk energi. I båda fallen absorberas mycket lite av kollisionsenergin av det fasta ämnet. En del väljer också att lägga ett tredje lager bakom den mjuka rustningen, som kallas en traumadyna. Detta är en dyna som består av lager av icke-Newtonsk vätska och stoppning. Det dämpar ytterligare effekterna av skottpåverkan på bäraren.