Kovové peny | Výskum a vývoj systémov balistickej ochrany pre moderné bojové aplikácie

Čo je balistický materiál? Kde sa používa?
Najbežnejšie tvrdé brnenie používa keramické platne ako usmerňovače, ale keramika sa pri náraze rozbije a stráca energiu na trvalý boj. Väčšina kovových plátových brnení má rovnaký problém, keď sa guľky pri náraze odlupujú. Tieto úlomky môžu spôsobiť zranenie nositeľa brnenia. Nositelia, ktorí si na tvár nanášajú sekundárne pancierové záplaty, môžu byť veľmi nepohodlní a zvyšujú náklady pre jednotlivca, spoločnosť alebo vládu. Vývoj ľahkých bojových technológií, ako sú lietadlá a obojživelné vozidlá, ako aj potreba zvýšiť mobilitu pozemných síl si vyžadujú balistické materiály, ktoré naďalej znižujú hmotnosť pancierovania a zároveň zlepšujú balistický výkon.
Balistické štíty sú dostupné v rôznych typoch a stupňoch. Tieto materiály sa používajú na ochranu skla, pancierovania vozidiel, panciera a štítov. Laminované plastové dosky ponúkajú širokú škálu ochrany, od certifikovaného zataveného skla až po terciárne balistické materiály. Balistické materiály sú zvyčajne tuhé, ale môžu byť aj mäkké. Môžu byť komplexné, ako napríklad Kevlar, UHMWPE, Lexan alebo kompozity z uhlíkových vlákien, alebo jednoduché, ako napr.hliníkoceľ, titán alebo iné zliatiny.
S pokrokom technológie sa balistické nepriestrelné vesty radikálne zmenili. Trh nepriestrelných tiel je svedkom revolúcie, ktorá je bezpečnejšia a ľahšia. Tým sa otvorilo nové bojisko pre technológiu Composite Metal Foam (CMF), ktorá ju vytrhla z oblasti lekárskych procedúr od nárazníkov až po náhrady kolena.
Zodpovedajú za to jednoduché alebo kompozitné penové kovy – ide o štrukturálne peny vo forme dutých kovových guľôčok, ktoré sú vsadené do balistických zariadení ako materiál jadra, ale aj ako medziprodukty v zložitých aplikáciách, ako je pancierová oceľ, keramika, drevovláknité dosky. Pena nielenže zastaví vysokorýchlostný dopad striel a nábojov, ale ich aj úplne rozdrví. Nedokážu nimi preniknúť ani guľky prepichujúce pancier, ktoré sú špeciálne navrhnuté na pretrhnutie panciera.
Pre bojovníka penový kov v osobných ochranných pomôckach zahŕňa:

• Nepriestrelné vesty na všeobecné použitie
• Aktívne flotačné nepriestrelné vesty
• Pasívne plávajúce nepriestrelné vesty
• Taktické balistické prilby
• Súpravy balistického panciera na ramená a bočnú ochranu
• So štítom a ochranou chrbtice
• Balistické štíty

Pre ťažké obrnené nástroje, ako aj vybavenie na prežitie sa penový kov používa na rôzne aplikácie vrátane:

• Výroba kompozitného brnenia
• Výroba mín odolných základových dosiek pre vozidlá
• Výroba vojenských schránok

Čo je Foam Metal? Čo je Foam Metal a aké sú jeho neuveriteľné vlastnosti?
Penový kov je porézny kovový materiál, ktorý tvorí trojrozmernú sieťovú štruktúru v kovovej matrici. Vzhľadom k tomu, že existuje veľa pórov vkovová pena, veľkosť, počet, rovnomernosť, konektivita a utesnenie pórov ovplyvňujú jej vlastnosti. Parametre, ktoré úzko súvisia s vlastnosťami penových kovov, zahŕňajú veľkosť pórov, celkovú pórovitosť, efektívnu pórovitosť, hustotu a špecifický povrch.
Penový kov, ako nový typ materiálu s kovovými vlastnosťami a niektorými špeciálnymi fyzikálnymi vlastnosťami nekovových materiálov, sa dostáva čoraz viac do pozornosti. Hlavné vlastnosti penového kovu sú nasledovné:

• Ultraľahký materiál (75-95% objemu tvorí prázdny priestor)
• Veľmi vysoká pórovitosť
• Vysoká pevnosť v tlaku v kombinácii s dobrými vlastnosťami absorpcie energie
• Nízka tepelná vodivosť
• Vysoká pevnosť

Princíp absorpcie nárazovej energie penových kovov
Okrem toho, že sa komerčne používa na filtráciu, redukciu hluku, izoláciu a nosiče katalyzátorov,kovové penysú silným kandidátom na aplikáciu v kompozitných pancierových systémoch v oblasti absorpcie energie.
Ako prostriedok balistickej ochrany je penový kov ľahký, vysoko pevný penový materiál vyrobený pomocou dutých kovových guľôčok uložených v pevnej kovovej matrici. Tento materiál vykazuje vynikajúce mechanické vlastnosti v porovnaní s akýmkoľvek iným kovovým materiálom. Tieto vynikajúce vlastnosti penového kovu rýchlo zachytávajú energiu pri nárazoch s vysokou balistickou rýchlosťou v porovnaní s kvázistatickým zaťažením.
Komerčne dostupné absorbéry energie, ktoré zvyčajne absorbujú kinetickú mechanickú energiu jej stláčaním alebo vychyľovaním pri relatívne konštantnom namáhaní na veľkú vzdialenosť, fungujú trochu podobne ako pružiny, ale odrážajú sa, čím sa stávajú zariadeniami na uchovávanie energie, a nie absorbérmi energie.
Pórovitá štruktúra kovových pien im dáva jedinečnú krivku napätia a deformácie; akonáhle aplikované napätie presiahne extrúznu plató, pena sa začne stláčať pri pomerne konštantnom namáhaní na približne 50 až 70 % napätia. Rozšírenie krivky napätie/deformácia definuje správanie ideálneho absorbéra energie.

Ako pôsobí penový kov na nepriestrelnú vestu?
Ukázalo sa, že penový kov zachytáva úlomky guľky a chráni vás pred akýmkoľvek sekundárnym poškodením. Väčšina vojenských brnení používa ako zadnú vrstvu materiál podobný kevlaru, ktorý má zvyčajne hodnotenie III-A a sám o sebe zastaví strelné zbrane. Mäkké brnenie zastavuje guľky tým, že rozptýli energiu, a keďže väčšina striel do ručných zbraní nie je taká ostrá ako guľky do pušiek, stačí ich spomaliť, aby vám neprenikli do kože. Penová kovová vrstva je tlmičom nárazov panciera pre guľky s vyššou energiou, ktoré na zastavenie vyžadujú tvrdý pancier. Rozširujúca sa štruktúrakovová penaprenáša kolíznu energiu oveľa menej efektívne ako pevné komponenty. V oblasti dopadu sa pena ľahko prispôsobí dopadajúcemu predmetu. Táto plastická deformácia lokálne absorbuje mechanickú energiu. V oboch prípadoch je tuhá látka absorbovaná veľmi málo energie zrážky. Niektorí ľudia sa tiež rozhodnú pridať tretiu vrstvu za mäkké brnenie, ktoré sa nazýva trauma pad. Ide o podložku zloženú z vrstiev nenewtonskej tekutiny a vypchávky. Ďalej zmierňuje dopad dopadu strely na nositeľa.