קצף מתכת | מו"פ של מערכות הגנה בליסטיות ליישומי לוחמה מודרניים

מהו חומר בליסטי? איפה משתמשים בו?
השריון הקשיח הנפוץ ביותר ישתמש בפלטות קרמיות כמבלבלות, אך הקרמיקה מתנפצת בפגיעה ומאבדת את האנרגיה שלה ללחימה מתמשכת. לרוב שריון לוחות המתכת יש את אותה בעיה של כדורים מתקלפים בפגיעה. שברים אלו עלולים לגרום לפציעה ללובש השריון. לובשים ששמים טלאי שריון משניים על פניהם עלולים להיות מאוד לא נוחים ולהוסיף עלות לאדם, לחברה או לממשלה. הפיתוח של טכנולוגיות לחימה קלות משקל כמו מטוסים וכלי רכב אמפיביים, כמו גם הצורך להגביר את הניידות של כוחות היבשה, מצריכים חומרים בליסטיים שממשיכים להפחית את משקל השריון תוך שיפור הביצועים הבליסטיים.
מגנים בליסטיים זמינים במגוון סוגים ודרגות. חומרים אלו משמשים להגנה על זכוכית, שריון רכב, שריונות גוף ומגנים. יריעות פלסטיק למינציה מציעות מגוון רחב של הגנה, מזכוכית אטומה מאושרת ועד חומרים בליסטיים שלישוניים. חומרים בליסטיים הם בדרך כלל קשיחים, אך יכולים להיות גם רכים. הם יכולים להיות מורכבים, כגון Kevlar, UHMWPE, Lexan או חומרים מרוכבים של סיבי פחמן, או פשוטים, כגוןאֲלוּמִינְיוּם, פלדה, טיטניום או סגסוגות אחרות.
עם התקדמות הטכנולוגיה, שריון גוף בליסטי השתנה באופן קיצוני. שוק הגופייה חסינות הכדורים עד למהפכה בטוחה וקלה יותר. זה פתח שדה קרב חדש לטכנולוגיית Composite Metal Foam (CMF), והוציאה אותה מתחום הפרוצדורות הרפואיות, החל מפגושי מכוניות ועד החלפות ברכיים.
אחראיות לכך מתכות קצף בודדות או מרוכבות - אלו הם קצפים מבניים בצורת כדורי מתכת חלולים, המשובצים במכשירים בליסטיים כחומר ליבה, אך גם כחומרי ביניים ביישומים מורכבים כמו פלדת שריון, קרמיקה וסיבים. הקצף לא רק עוצר את פגיעת המהירות הגבוהה של כדורים ופגזים, אלא גם מועך אותם לחלוטין. אפילו כדורים חודרי שריון, שתוכננו במיוחד כדי לקרוע שריון, לא יכולים לחדור אליהם.
עבור הלוחם, מתכת קצף בשימושי ציוד מגן אישי כוללים:

• וסטים חסיני כדורים לשימוש כללי
• וסטים חסיני כדורים מסוג Active Flotation
• אפודים חסיני כדורים צפים פסיביים
• קסדות בליסטיות טקטיות
• מערכות שריון להגנה בליסטיות לכתפיים ולצד
• עם מגן והגנה על עמוד השדרה
• מגנים בליסטיים

עבור מכשירים משורינים כבדים כמו גם ציוד הישרדות, מתכת קצף משמשת למגוון יישומים כולל:

• ביצוע שריון מורכב
• ייצור לוחות בסיס עמידות מוקשים לרכבים
• הכנת קופסאות זרוקות צבאיות

מהי מתכת קצף? מהי Foam Metal ומה התכונות המדהימות שלה?
מתכת קצף היא חומר מתכתי נקבובי היוצר מבנה רשת תלת מימדי במטריקס מתכתי. מכיוון שיש הרבה נקבוביות בקצף מתכת, הגודל, המספר, האחידות, הקישוריות והאטימה של הנקבוביות משפיעים על תכונותיה. פרמטרים הקשורים קשר הדוק לתכונות של מתכות קצף כוללים גודל נקבוביות, נקבוביות כוללת, נקבוביות יעילה, צפיפות ושטח פנים ספציפי.
מתכת קצף, כסוג חדש של חומר עם תכונות מתכתיות וגם כמה תכונות פיזיקליות מיוחדות של חומרים לא מתכתיים, זוכה ליותר ויותר תשומת לב. המאפיינים העיקריים של מתכת קצף הם כדלקמן:

• חומר קל במיוחד (75-95% מהנפח מורכב מחלל ריק)
• נקבוביות גבוהה מאוד
• חוזק לחיצה גבוה בשילוב עם תכונות ספיגת אנרגיה טובות
• מוליכות תרמית נמוכה
• חוזק גבוה

עקרון ספיגת אנרגיה השפעה של מתכות קצף
בנוסף לשימוש מסחרי עבור סינון, הפחתת רעש, בידוד ונושאי זרז,קצפי מתכתהם מועמדים חזקים ליישום במערכות שריון מרוכבות בתחום ספיגת האנרגיה.
כהתקן הגנה בליסטי, מתכת קצף היא חומר מוקצף קל משקל ובעל חוזק גבוה המיוצר באמצעות כדורי מתכת חלולים המוטבעים במטריצת מתכת מוצקה. חומר זה הראה תכונות מכניות מצוינות בהשוואה לכל חומר מתכתי אחר. תכונות מעולות אלו של מתכת הקצף לוכדות את האנרגיה במהירות בהשפעות מהירות בליסטיות גבוהות בהשוואה להעמסה מעין סטטית.
בולמי אנרגיה זמינים מסחרית, שבדרך כלל סופגים אנרגיה מכנית קינטית על ידי דחיסה או הסטה במתח קבוע יחסית לאורך מרחק רב, מתפקדים במידה מסוימת בדומה לקפיצים, אך הם קופצים לאחור, מה שהופך אותם להתקני אחסון אנרגיה ולא לבולמי אנרגיה.
המבנה הנקבובי של קצף מתכתי נותן להם עקומת מתח-מתח ייחודית; ברגע שהלחץ המופעל עולה על רמת האקסטרוזיה, הקצף יתחיל להידחס בלחץ קבוע למדי לכ-50-70% מתח. הרחבה של עקומת המתח/מתח מגדירה את ההתנהגות של בולם אנרגיה אידיאלי.

איך מתכת קצף עובדת על שריון גוף?
מתכת מוקצף הוכחה כמלכודת שברי כדורים ומגינה עליך מכל נזק משני. רוב השריון הצבאי משתמש בחומר דמוי קוולר כשכבה אחורית, אשר בדרך כלל מדורגת III-A ותעצור כדורי אקדח בעצמו. שריון רך עוצר כדורים על ידי פיזור אנרגיה, ומכיוון שרוב כדורי האקדחים אינם חדים כמו כדורי רובה, אתה רק צריך להאט אותם כדי שהם לא יחדרו לעור שלך. שכבת מתכת הקצף היא בולם הזעזועים של השריון לכדורי האנרגיה הגבוהה הדורשים שריון קשיח כדי לעצור. המבנה המתרחב של הקצף מתכתמעביר אנרגיית התנגשות בצורה הרבה פחות יעילה מאשר רכיבים מוצקים. באזור הפגיעה, הקצף מתאים בקלות לאובייקט הפוגע. עיוות פלסטי זה סופג באופן מקומי אנרגיה מכנית. בכל מקרה, מעט מאוד מאנרגיית ההתנגשות נספגת על ידי המוצק. יש אנשים שבוחרים להוסיף שכבה שלישית מאחורי השריון הרך, הנקראת משטח טראומה. זהו פד המורכב משכבות של נוזל וריפוד לא ניוטוני. זה מפחית עוד יותר את ההשפעה של פגיעת כדור על הלובש.