Metallvahud | Ballistiliste kaitsesüsteemide teadus- ja arendustegevus tänapäevaste sõjapidamise rakenduste jaoks

Mis on ballistiline materjal? Kus seda kasutatakse?
Kõige tavalisemad kõvad turvised kasutavad deflektorina keraamilisi plaate, kuid keraamika puruneb kokkupõrkel ja kaotab oma energiat püsivaks võitluseks. Enamikul metallplaadist soomustel on sama probleem, et kuulid kooruvad kokkupõrkel maha. Need killud võivad soomuse kandjat vigastada. Kandjad, kes kannavad oma näole sekundaarseid soomusplaastreid, võivad olla väga ebamugavad ja tekitavad üksikisikule, ettevõttele või valitsusele kulusid. Kergekaaluliste lahingutehnoloogiate, nagu lennukid ja amfiibsõidukid, arendamine ning vajadus suurendada maavägede liikuvust nõuavad ballistilisi materjale, mis vähendavad jätkuvalt soomuste kaalu, parandades samal ajal ballistilist jõudlust.
Ballistilised kilbid on saadaval erinevat tüüpi ja erinevat tüüpi. Neid materjale kasutatakse klaasi, sõidukite soomusvestide, soomusvestide ja kilpide kaitsmiseks. Lamineeritud plastist lehed pakuvad laia valikut kaitset, alates sertifitseeritud suletud klaasist kuni tertsiaarsete ballistiliste materjalideni. Ballistilised materjalid on tavaliselt jäigad, kuid võivad olla ka pehmed. Need võivad olla keerulised, nagu kevlar, UHMWPE, Lexan või süsinikkiust komposiidid, või lihtsad, näiteksalumiiniumist, teras, titaan või muud sulamid.
Tehnoloogia arenguga on ballistilised soomusvestid radikaalselt muutunud. Kuulikindla alussärkide turul on toimunud revolutsioon, mis on turvalisem ja kergem. See on avanud komposiitmetallvahu (CMF) tehnoloogiale uue lahinguvälja, eemaldades selle meditsiiniliste protseduuride valdkonnast alates autode kaitseraudadest kuni põlveliigese asendamiseni.
Selle eest vastutavad üksikud või komposiitvahtmetallid – need on õõnsate metallsfääride kujul olevad konstruktsioonivahud, mis on ballistilistesse seadmetesse põimitud südamikumaterjalina, aga ka vaheühenditena keerukates rakendustes, nagu soomusteras, keraamika ja puitkiudplaat. Vaht mitte ainult ei peata kuulide ja mürskude suure kiirusega kokkupõrget, vaid purustab need ka täielikult. Isegi soomust läbistavad kuulid, mis on loodud spetsiaalselt soomust läbi rebimiseks, ei suuda neist läbi tungida.
Sõdalase jaoks kasutatakse isikukaitsevahendites vahtmetalli:

• Üldotstarbelised kuulikindlad vestid
• Aktiivsed ujuvad kuulikindlad vestid
• Passiivsed ujuvad kuulikindlad vestid
• Taktikalised ballistilised kiivrid
• Ballistilised õla- ja küljekaitsesoomuste komplektid
• Visiiri ja selgroo kaitsega
• Ballistilised kilbid

Raskete soomustatud instrumentide ja ellujäämisvarustuse jaoks kasutatakse vahtmetalli mitmesugustes rakendustes, sealhulgas:

• Komposiitsoomuse valmistamine
• Sõidukitele miinikindlate alusplaatide valmistamine
• Militaarkastide valmistamine

Mis on vahtmetall? Mis on vahtmetall ja millised on selle uskumatud omadused?
Vahtmetall on poorne metallmaterjal, mis moodustab metallmaatriksis kolmemõõtmelise võrkstruktuuri. Kuna selles on palju pooremetallvaht, pooride suurus, arv, ühtlus, ühenduvus ja tihendus mõjutavad selle omadusi. Vahtmetallide omadustega tihedalt seotud parameetrid on pooride suurus, üldpoorsus, efektiivne poorsus, tihedus ja eripind.
Vahtmetall kui uut tüüpi materjal, millel on nii metallilised omadused kui ka mõned mittemetalliliste materjalide füüsikalised eriomadused, pälvib üha rohkem tähelepanu. Vahtmetalli peamised omadused on järgmised:

• Ülikerge materjal (75-95% mahust koosneb tühjast ruumist)
• Väga kõrge poorsus
• Suur survetugevus koos heade energia neeldumisomadustega
• Madal soojusjuhtivus
• Kõrge tugevus

Vahtmetallide löögienergia neeldumise põhimõte
Lisaks kaubanduslikule kasutamisele filtreerimise, müra vähendamise, isolatsiooni ja katalüsaatorikandjate jaoks,metallvahudon tugev kandidaat energia neeldumise valdkonnas komposiitsoomussüsteemides kasutamiseks.
Ballistilise kaitsevahendina on vahtmetall kerge, ülitugev vahustatud materjal, mis on valmistatud õõnsatest metallkeradest, mis on põimitud tahkesse metallmaatriksisse. See materjal on näidanud suurepäraseid mehaanilisi omadusi võrreldes mis tahes muu metallmaterjaliga. Need vahtmetalli suurepärased omadused püüavad energia kiiresti kinni suure ballistilise kiiruse mõjul võrreldes kvaasistaatilise koormusega.
Kaubanduslikult saadavad energianeeldurid, mis tavaliselt neelavad kineetilist mehaanilist energiat, surudes või painutades seda suhteliselt püsiva pingega pika vahemaa jooksul, toimivad mõnevõrra sarnaselt vedrudele, kuid põrkuvad tagasi, muutes need pigem energiasalvestiteks kui energia neelduriteks.
Metallvahtude poorne struktuur annab neile ainulaadse pinge-deformatsiooni kõvera; kui rakendatud pinge ületab ekstrusiooniplatoo, hakkab vaht üsna konstantsel pingel kokku suruma kuni umbes 50-70% pingeni. Pinge/deformatsiooni kõvera pikendus määrab ideaalse energia neelaja käitumise.

Kuidas vahtmetall soomusvestidel töötab?
On tõestatud, et vahtmetall püüab kuulide killud kinni ja kaitseb teid sekundaarsete kahjustuste eest. Enamik sõjalisi soomusvestides kasutab tagakihina Kevlari-laadset materjali, mis on tavaliselt III-A reitinguga ja mis peatab käsirelvade padrunid ise. Pehme raudrüü peatab kuulid, hajutades energiat ja kuna enamik käsirelvade kuulidest pole nii teravad kui vintpüssi kuulid, peate neid lihtsalt aeglustama, et nad ei tungiks läbi naha. Vahtmetallikiht on soomuse amortisaator suurema energiaga kuulidele, mille peatamiseks on vaja kõva soomust. Laienev struktuurmetallvahtedastab kokkupõrkeenergiat palju vähem tõhusalt kui tahked komponendid. Löögipiirkonnas kohandub vaht kergesti põrkava objektiga. See plastiline deformatsioon neelab lokaalselt mehaanilist energiat. Mõlemal juhul neeldub tahkis väga vähe kokkupõrkeenergiast. Mõned inimesed lisavad pehme soomuse taha ka kolmanda kihi, mida nimetatakse traumapadjaks. See on padi, mis koosneb mitte-Newtoni vedeliku kihtidest ja polstrist. See leevendab veelgi kuuli mõju kandjale.