Metallschäume | Forschung und Entwicklung ballistischer Schutzsysteme für moderne Kriegsführung

Was ist ballistischMaterial? Wo wird es verwendet?
Die häufigste harte Rüstung wird verwendetKeramikPlatten dienen als Schalldämpfer, Keramik hingegen zersplittert beim Aufprall und verliert ihre Energie für anhaltenden Kampfeinsatz. Die meisten Metallplattenpanzerungen haben das gleiche Problem: Kugeln platzen beim Aufprall ab. Diese Splitter können den Träger verletzen. Das Anbringen von zusätzlichen Panzerungsflicken im Gesicht kann sehr unangenehm sein und zusätzliche Kosten für den Träger, das Unternehmen oder die Regierung verursachen. Die Entwicklung leichter Kampftechnologien wie Flugzeuge und Amphibienfahrzeuge sowie die Notwendigkeit, die Mobilität der Bodentruppen zu erhöhen, erfordern ballistische Materialien, die das Gewicht der Panzerung weiter reduzieren und gleichzeitig die ballistische Leistung verbessern.
Ballistische Schutzschilde sind in verschiedenen Ausführungen und Qualitäten erhältlich. Diese Materialien werden zum Schutz von Glas, Fahrzeugpanzerung, Körperpanzerung und Schilden eingesetzt. Laminierte Kunststoffplatten bieten ein breites Schutzspektrum, von zertifiziertem, versiegeltem Glas bis hin zu tertiären ballistischen Materialien. Ballistische Materialien sind in der Regel starr, können aber auch weich sein. Sie können komplex sein, wie Kevlar, UHMWPE, Lexan oder Kohlefaserverbundwerkstoffe, oder einfach, wieAluminium, Stahl, Titan oder andere Legierungen.
Mit dem technologischen Fortschritt hat sich die ballistische Körperpanzerung radikal verändert. Der Markt für kugelsichere Unterhemden erlebt eine Revolution, die sicherer und leichter wird. Dies eröffnet der Composite Metal Foam (CMF)-Technologie ein neues Feld und erweitert sie aus dem Bereich medizinischer Verfahren – von Autostoßstangen bis hin zu Knieprothesen.
Verantwortlich hierfür sind einzelne oder zusammengesetzte Schaummetalle – das sind Strukturschäume in Form hohler Metallkugeln, die als Kernmaterial in ballistischen Geräten, aber auch als Zwischenprodukte in komplexen Anwendungen wie Panzerstahl, Keramik und Faserplatten eingebettet sind. Der Schaum stoppt nicht nur den Aufprall von Geschossen und Granaten mit hoher Geschwindigkeit, sondern zerquetscht sie auch vollständig. Selbst panzerbrechende Geschosse, die speziell zum Durchschlagen von Panzerungen entwickelt wurden, können sie nicht durchdringen.
Für den Krieger umfasst Schaummetall in persönlicher Schutzausrüstung folgende Verwendungsmöglichkeiten:

• Kugelsichere Westen für allgemeine Zwecke
• Aktive Schwimmwesten mit kugelsicherer Weste
• Passive schwimmende kugelsichere Westen
• Taktische ballistische Helme
• Ballistische Schulter- und Seitenschutzpanzerungssets
• Mit Visier und Rückenschutz
• Ballistische Schilde

Für schwere gepanzerte Instrumente sowie Überlebensausrüstung wird Schaummetall für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet, darunter:

• Herstellung einer Verbundpanzerung
• Herstellung minensicherer Bodenplatten für Fahrzeuge
• Herstellung militärischer Briefkästen

Was ist Schaummetall? Was ist Schaummetall und welche unglaublichen Eigenschaften hat es?
Schaummetall ist ein poröses metallisches Material, das eine dreidimensionale Netzstruktur in einer metallischen Matrix bildet. Da es viele Poren in derMetallschaum, Größe, Anzahl, Gleichmäßigkeit, Konnektivität und Versiegelung der Poren beeinflussen seine Eigenschaften. Zu den Parametern, die eng mit den Eigenschaften von Schaummetallen zusammenhängen, gehören Porengröße, Gesamtporosität, effektive Porosität, Dichte und spezifische Oberfläche.
Schaummetall, ein neuartiger Werkstoff mit metallischen Eigenschaften und einigen besonderen physikalischen Eigenschaften nichtmetallischer Werkstoffe, erfährt zunehmende Beachtung. Die wichtigsten Eigenschaften von Schaummetall sind:

• Ultraleichtes Material (75–95 % des Volumens bestehen aus Hohlraum)
• Sehr hohe Porosität
• Hohe Druckfestigkeit kombiniert mit guten Energieabsorptionseigenschaften
• Geringe Wärmeleitfähigkeit
• Hohe Festigkeit

Prinzip der Aufprallenergieabsorption von Schaummetallen
Neben der kommerziellen Verwendung zur Filtration, Lärmreduzierung, Isolierung und als Katalysatorträger,Metallschäumesind ein starker Kandidat für die Anwendung in Verbundpanzerungssystemen im Bereich der Energieabsorption.
Schaummetall ist ein leichtes, hochfestes Schaummaterial für ballistischen Schutz. Es wird aus hohlen Metallkugeln hergestellt, die in eine feste Metallmatrix eingebettet sind. Dieses Material weist im Vergleich zu anderen metallischen Werkstoffen hervorragende mechanische Eigenschaften auf. Diese überlegenen Eigenschaften des Schaummetalls speichern die Energie bei hohen ballistischen Geschwindigkeiten im Vergleich zu quasistatischer Belastung schneller.
Handelsübliche Energieabsorber absorbieren kinetische mechanische Energie normalerweise, indem sie diese bei relativ konstanter Spannung über eine lange Distanz komprimieren oder ablenken. Ihre Funktionsweise ähnelt der von Federn, sie federn jedoch zurück, sodass sie eher als Energiespeicher denn als Energieabsorber fungieren.
Die poröse Struktur metallischer Schäume verleiht ihnen eine einzigartige Spannungs-Dehnungs-Kurve. Sobald die angelegte Spannung das Extrusionsplateau überschreitet, beginnt der Schaum bei relativ konstanter Spannung auf etwa 50–70 % der Dehnung zu komprimieren. Die Ausdehnung der Spannungs-Dehnungs-Kurve definiert das Verhalten eines idealen Energieabsorbers.

Wie funktioniert Schaummetall bei Körperpanzerungen?
Schaummetall fängt nachweislich Geschossfragmente auf und schützt Sie vor Folgeschäden. Die meisten militärischen Körperpanzerungen verwenden ein kevlarähnliches Material als Rückenschicht, das üblicherweise der Klasse III-A entspricht und Handfeuerwaffengeschosse selbstständig stoppt. Weiche Panzerung stoppt Geschosse durch Energieableitung. Da die meisten Handfeuerwaffengeschosse nicht so scharf sind wie Gewehrkugeln, müssen Sie sie nur abbremsen, damit sie Ihre Haut nicht durchdringen. Die Schaummetallschicht dient als Stoßdämpfer der Körperpanzerung für Geschosse mit höherer Energie, die nur durch harte Panzerung gestoppt werden können. Die expandierende Struktur desMetallschaumDie Übertragung von Aufprallenergie erfolgt deutlich weniger effizient als bei massiven Komponenten. Im Aufprallbereich passt sich der Schaumstoff leicht dem aufprallenden Objekt an. Diese plastische Verformung absorbiert lokal mechanische Energie. In beiden Fällen wird nur ein sehr geringer Teil der Aufprallenergie vom Feststoff absorbiert. Manche Anwender fügen hinter der weichen Panzerung zusätzlich eine dritte Schicht hinzu, ein sogenanntes Trauma-Pad. Dieses besteht aus Schichten nicht-newtonscher Flüssigkeit und Polsterung. Es mildert die Wucht eines Kugeleinschlags auf den Träger zusätzlich.