Forskare har visat att fordonspansar som använder kompositmetallskum (CMF) kan stoppa kulor och rustningspiercing .50 kaliberrundor samt konventionella stålpansar, även om den väger mindre än hälften så mycket. Fyndet innebär att fordonskonstruktörer kommer att kunna utveckla lättare militära fordon utan att offra säkerheten, eller kan förbättra skyddet utan att göra fordon tyngre.
CMF är ett skum som består av ihåliga, metalliska sfärer - gjorda av material som rostfritt stål eller titan - inbäddade i en metallisk matris av stål, titan, aluminium eller andra metalllegeringar. I den här studien, forskarna använde CMF av stål-stål, vilket betyder att både sfärerna och matrisen var gjorda av stål.
För studien, forskare tillverkade ett hård rustningssystem bestående av en keramisk frontplatta, en CMF -kärna och en tunn bakplatta av aluminium. Rustningen testades med 0,50 kaliberboll och rustningsgenombrytande rundor. Rustningen testades med rundorna som avfyrades med slaghastigheter från 500 meter per sekund upp till 885 meter per sekund.
Pansarens CMF-lager kunde absorbera 72-75% av bollrundornas kinetiska energi, och 68-78% av rörelseenergin i de rustningsgenomträngande rundorna.
"CMF -rustningen var mindre än hälften av vikten av den rullade homogena stålpansar som behövdes för att uppnå samma skyddsnivå, "säger Afsaneh Rabiei, motsvarande författare till en uppsats om arbetet och professor i mekanisk och rymdteknik vid North Carolina State University. Rabiei, uppfinnaren av CMF, har ägnat år åt att utveckla och testa CMF -material.
"Med andra ord, vi kunde uppnå betydande viktbesparingar - vilket gynnar fordonets prestanda och bränsleeffektivitet - utan att offra skyddet, "Säger Rabiei.
"Detta arbete visar att CMF kan erbjuda en betydande fördel för fordons rustning, men det finns fortfarande utrymme för förbättringar, "Rabiei säger." Dessa fynd härrör från testning av rustningar vi gjort genom att helt enkelt kombinera stål-stål CMF med hyllplanker i keramik, bakplatta i aluminium och självhäftande material. Vi optimerade bara vårt CMF-material och bytte ut stålplattan i standardfordons rustning mot stål-stål CMF-rustning. Det finns ytterligare arbete vi kan göra för att göra det ännu bättre. Till exempel, vi skulle vilja optimera vidhäftningen och tjockleken på keramiken, CMF- och aluminiumskikt, vilket kan leda till ännu lägre totalvikt och förbättrad effektivitet hos den sista rustningen. "
I tidigare arbeten, Rabiei och hennes medarbetare visade att CMF kunde blockera sprängtryck och fragmentering vid 5, 000 fot per sekund från hög explosiva brandrundor som detonerar bara 18 tum bort. Hennes team visade också att CMF kunde stoppa en 7,62 x 63 millimeter pansargenomborrande projektil med en total tjocklek på mindre än en tum, medan fördjupningen på baksidan var mindre än 8 millimeter. För sammanhang, National Institute of Justice -standarden tillåter upp till 44 millimeters innryckning på baksidan av rustningen.
Dessutom, Rabieis grupp har visat att CMF, förutom att vara lätt, är mycket effektiva för att skydda röntgenstrålar, gammastrålning och neutronstrålning - och kan hantera eld och värme dubbelt så mycket som de vanliga metaller de är gjorda av.
"Kortfattat, CMF har ett löfte för en mängd olika tillämpningar:från rymdutforskning till frakt av kärnavfall, sprängämnen och farliga material, till militära och säkerhetsapplikationer och till och med bilar, bussar och tåg, "Säger Rabiei.
Det nya papperet, "Ballistisk prestanda av kompositmetallskum mot stora kaliberhot, "publiceras i tidningen Sammansatta strukturer .
