Kovinske pene | Raziskave in razvoj sistemov balistične zaščite za aplikacije sodobnega bojevanja

Kaj je balistični material? Kje se uporablja?
Najpogostejši trdi oklep uporablja keramične plošče kot pregrade, vendar se keramika ob udarcu razbije in izgubi energijo za dolgotrajen boj. Večina kovinskih ploščatih oklepov ima enako težavo, da se naboji odlepijo ob udarcu. Ti delci lahko povzročijo poškodbe uporabnika oklepa. Uporabniki, ki na svoje obraze nanašajo sekundarne zaščitne obliže, so lahko zelo neprijetni in povečajo stroške za posameznika, podjetje ali vlado. Razvoj lahkih bojnih tehnologij, kot so letala in amfibijska vozila, ter potreba po povečanju mobilnosti kopenskih sil zahtevajo balistične materiale, ki še naprej zmanjšujejo težo oklepa, hkrati pa izboljšujejo balistično zmogljivost.
Balistični ščiti so na voljo v različnih vrstah in razredih. Ti materiali se uporabljajo za zaščito stekla, oklepov vozil, neprebojnih jopičev in ščitov. Laminirane plastične plošče ponujajo široko paleto zaščite, od certificiranega zaprtega stekla do terciarnih balističnih materialov. Balistični materiali so običajno togi, lahko pa so tudi mehki. Lahko so zapleteni, kot so kevlar, UHMWPE, Lexan ali kompoziti iz ogljikovih vlaken, ali preprosti, kot je npr.aluminij, jeklo, titan ali druge zlitine.
Z napredkom tehnologije so se balistični jopiči korenito spremenili. Trg neprebojnih spodnjih majic je priča revoluciji, ki je varnejša in lažja. To je odprlo novo bojno polje za tehnologijo kompozitne kovinske pene (CMF), ki jo je potegnilo izven področja medicinskih postopkov, od avtomobilskih odbijačev do zamenjav kolen.
Za to so odgovorne enojne ali sestavljene penaste kovine - to so strukturne pene v obliki votlih kovinskih krogel, ki so vgrajene v balistične naprave kot jedrni material, pa tudi kot vmesni produkt v kompleksnih aplikacijah, kot so oklepno jeklo, keramika in vlaknene plošče. Pena ne le zaustavi udarce krogel in granat pri visoki hitrosti, ampak jih tudi popolnoma zdrobi. Celo oklepne krogle, zasnovane posebej za prebijanje oklepa, jih ne morejo prebiti.
Za bojevnika uporaba penaste kovine v osebni zaščitni opremi vključuje:

• Neprebojni jopiči za splošno uporabo
• Aktivni plavajoči neprebojni jopiči
• Pasivni lebdeči neprebojni jopiči
• Taktične balistične čelade
• Kompleti balističnih ramenskih in stranskih zaščitnih oklepov
• Z zaščito za vizir in hrbtenico
• Balistični ščiti

Za težke oklepne instrumente in opremo za preživetje se penasta kovina uporablja za različne namene, vključno z:

• Izdelava kompozitnih oklepov
• Izdelava protiminsko odpornih osnovnih plošč za vozila
• Izdelava vojaških smetnjakov

Kaj je penasta kovina? Kaj je penasta kovina in kakšne so njene neverjetne lastnosti?
Penasta kovina je porozen kovinski material, ki tvori tridimenzionalno mrežasto strukturo v kovinski matrici. Ker je vkovinska pena, velikost, število, enakomernost, povezanost in tesnjenje por vplivajo na njegove lastnosti. Parametri, ki so tesno povezani z lastnostmi penastih kovin, vključujejo velikost por, skupno poroznost, efektivno poroznost, gostoto in specifično površino.
Pena kot nova vrsta materiala s kovinskimi lastnostmi in nekaterimi posebnimi fizikalnimi lastnostmi nekovinskih materialov je deležna vse več pozornosti. Glavne lastnosti penaste kovine so naslednje:

• Izjemno lahek material (75-95 % prostornine predstavlja prazen prostor)
• Zelo visoka poroznost
• Visoka tlačna trdnost v kombinaciji z dobrimi lastnostmi absorpcije energije
• Nizka toplotna prevodnost
• Visoka trdnost

Načelo absorpcije energije udarca penastih kovin
Poleg komercialne uporabe za filtracijo, zmanjšanje hrupa, izolacijo in nosilce katalizatorjev,kovinske peneso močan kandidat za uporabo v kompozitnih oklepnih sistemih na področju absorpcije energije.
Kot balistična zaščitna naprava je penasta kovina lahek penast material visoke trdnosti, izdelan z uporabo votlih kovinskih krogel, vdelanih v trdno kovinsko matrico. Ta material je pokazal odlične mehanske lastnosti v primerjavi s katerim koli drugim kovinskim materialom. Te vrhunske lastnosti penaste kovine hitro ujamejo energijo pri udarcih z visoko balistično hitrostjo v primerjavi s kvazistatično obremenitvijo.
Komercialno dostopni absorberji energije, ki običajno absorbirajo kinetično mehansko energijo tako, da jo stisnejo ali odklonijo pri razmeroma stalni napetosti na veliki razdalji, delujejo nekoliko podobno kot vzmeti, vendar se odbijajo nazaj, zaradi česar so naprave za shranjevanje energije in ne absorberji energije.
Porozna struktura kovinskih pen jim daje edinstveno krivuljo napetosti in deformacije; ko uporabljena napetost preseže plato ekstrudiranja, se bo pena začela stiskati pri dokaj konstantni napetosti na približno 50-70 % deformacije. Razširitev krivulje napetost/deformacija določa obnašanje idealnega absorberja energije.

Kako penasta kovina deluje na neprebojni jopič?
Penasta kovina dokazano ujame delce nabojev in vas ščiti pred morebitnimi sekundarnimi poškodbami. Večina vojaških neprebojnih jopičev uporablja material, podoben kevlarju, kot zadnjo plast, ki ima običajno oceno III-A in bo sam zaustavil naboje pištole. Mehki oklep ustavi naboje z razpršitvijo energije in ker večina nabojev iz pištole ni tako ostrih kot naboji iz puške, jih morate le upočasniti, da vam ne prebijejo kože. Penasta kovinska plast je blažilec udarcev neprebojnega jopiča za naboje z višjo energijo, ki za zaustavitev potrebujejo trd oklep. Razširjena strukturakovinska penaprenaša energijo trka veliko manj učinkovito kot trdne komponente. V območju udarca se pena enostavno prilega predmetu udarca. Ta plastična deformacija lokalno absorbira mehansko energijo. V obeh primerih trdna snov absorbira zelo malo energije trka. Nekateri ljudje se odločijo dodati še tretjo plast za mehkim oklepom, ki se imenuje trauma pad. To je blazinica, sestavljena iz plasti ne-newtonske tekočine in obloge. Dodatno blaži vpliv udarca krogle na uporabnika.