Onderzoekers hebben aangetoond dat voertuigbepantsering met behulp van composiet metaalschuim (CMF) kogel- en pantserdoordringende .50 kaliberrondes kan stoppen, evenals conventionele stalen bepantsering, ook al weegt het minder dan de helft. De bevinding betekent dat voertuigontwerpers in staat zullen zijn om lichtere militaire voertuigen te ontwikkelen zonder in te boeten aan veiligheid, of de bescherming kan verbeteren zonder voertuigen zwaarder te maken.

CMF is een schuim dat bestaat uit holle, metalen bollen - gemaakt van materialen zoals roestvrij staal of titanium - ingebed in een metalen matrix van staal, titanium, aluminium of andere metaallegeringen. In dit onderzoek, de onderzoekers gebruikten staal-staal CMF, wat betekent dat zowel de bollen als de matrix van staal waren.

Voor de studie, onderzoekers vervaardigden een hard pantsersysteem bestaande uit een keramische frontplaat, een CMF-kern en een dunne achterplaat van aluminium. Het pantser werd getest met behulp van .50 kaliber kogel en pantserdoorborende rondes. Het pantser werd getest waarbij de kogels werden afgevuurd met inslagsnelheden van 500 meter per seconde tot 885 meter per seconde.

De CMF-laag van het pantser kon 72-75% van de kinetische energie van de kogelrondes absorberen, en 68-78% van de kinetische energie van de pantserdoorborende patronen.

"Het CMF-pantser was minder dan de helft van het gewicht van het gewalste homogene stalen pantser dat nodig was om hetzelfde beschermingsniveau te bereiken, " zegt Afsaneh Rabiei, corresponderende auteur van een paper over het werk en een professor in mechanische en ruimtevaarttechniek aan de North Carolina State University. Rabiei, de uitvinder van CMF, heeft jaren besteed aan het ontwikkelen en testen van CMF-materialen.

"Met andere woorden, we waren in staat om aanzienlijke gewichtsbesparingen te realiseren - wat de prestaties van het voertuig en het brandstofverbruik ten goede komt - zonder in te boeten aan bescherming, ' zegt Rabiei.

"Dit werk toont aan dat CMF een aanzienlijk voordeel kan bieden voor voertuigbepantsering, maar er is nog ruimte voor verbetering, " zegt Rabiei. "Deze bevindingen komen voort uit het testen van pantsers die we hebben gemaakt door eenvoudig staal-staal CMF te combineren met standaard keramische frontplaten, aluminium achterplaat en zelfklevend materiaal. We hebben alleen ons CMF-materiaal geoptimaliseerd en de staalplaat in standaard voertuigbepantsering vervangen door staal-stalen CMF-bepantsering. Er is extra werk dat we kunnen doen om het nog beter te maken. Bijvoorbeeld, we willen de hechting en dikte van het keramiek optimaliseren, CMF en aluminium lagen, wat kan leiden tot een nog lager totaalgewicht en een verbeterde efficiëntie van het uiteindelijke pantser."

In eerder werk, Rabiei en haar medewerkers toonden aan dat CMF de explosiedruk en fragmentatie bij 5, 000 voet per seconde van zeer explosieve brandbommen die op slechts 18 centimeter afstand tot ontploffing komen. Haar team toonde ook aan dat CMF een 7,62 x 63 millimeter M2 pantserdoordringend projectiel kon stoppen met een totale dikte van minder dan een inch, terwijl de inkeping aan de achterkant minder dan 8 millimeter was. Voor de context, de norm van het National Institute of Justice staat tot 44 millimeter inkeping in de achterkant van het harnas toe.

In aanvulling, Rabiei's groep heeft aangetoond dat CMF's, naast het feit dat het lichtgewicht is, zijn zeer effectief in het afschermen van röntgenstralen, gammastralen en neutronenstraling - en kunnen vuur en hitte twee keer zo goed aan als de gewone metalen waaruit ze zijn gemaakt.

"Kortom, CMF's zijn veelbelovend voor een verscheidenheid aan toepassingen:van ruimteverkenning tot het verzenden van kernafval, explosieven en gevaarlijke stoffen, tot militaire en veiligheidstoepassingen en zelfs auto's, bussen en treinen, ' zegt Rabiei.

Het nieuwe papier, "Ballistische prestaties van composiet metaalschuim tegen bedreigingen van groot kaliber, " is gepubliceerd in het tijdschrift Samengestelde structuren .