โฟมโลหะ | การวิจัยและพัฒนาระบบป้องกันกระสุนปืนสำหรับการใช้งานในสงครามสมัยใหม่

บัลลิสติกคืออะไรวัสดุใช้ที่ไหน?
เกราะแข็งที่พบมากที่สุดจะใช้เซรามิคแผ่นเกราะโลหะส่วนใหญ่มักมีปัญหาเดียวกันคือกระสุนหลุดออกเมื่อกระทบ เศษชิ้นส่วนเหล่านี้อาจทำให้ผู้สวมใส่ได้รับบาดเจ็บ ผู้สวมใส่อาจรู้สึกไม่สบายตัวและต้องเสียค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมสำหรับบุคคล บริษัท หรือรัฐบาล การพัฒนาเทคโนโลยีการต่อสู้ที่มีน้ำหนักเบา เช่น เครื่องบินและยานสะเทินน้ำสะเทินบก รวมถึงความจำเป็นในการเพิ่มความคล่องตัวของกองกำลังภาคพื้นดิน จำเป็นต้องใช้วัสดุป้องกันกระสุนซึ่งจะช่วยลดน้ำหนักของเกราะได้อย่างต่อเนื่องในขณะที่เพิ่มประสิทธิภาพการป้องกันกระสุน
โล่กันกระสุนมีหลายประเภทและหลายเกรด วัสดุเหล่านี้ใช้เพื่อป้องกันกระจก เกราะของยานพาหนะ เกราะป้องกันร่างกาย และโล่ แผ่นพลาสติกเคลือบให้การป้องกันที่หลากหลาย ตั้งแต่กระจกปิดผนึกที่ผ่านการรับรองไปจนถึงวัสดุกันกระสุนระดับที่สาม วัสดุกันกระสุนมักจะแข็ง แต่ก็อาจอ่อนได้เช่นกัน วัสดุเหล่านี้อาจเป็นวัสดุที่ซับซ้อน เช่น เคฟลาร์ UHMWPE เล็กซาน หรือคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ หรือวัสดุที่เรียบง่าย เช่นอลูมิเนียมเหล็ก, ไททาเนียม หรือโลหะผสมอื่นๆ
ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี เกราะป้องกันกระสุนปืนได้เปลี่ยนแปลงไปอย่างสิ้นเชิง ตลาดเสื้อชั้นในกันกระสุนกำลังเผชิญกับการปฏิวัติที่ปลอดภัยและเบากว่า ซึ่งได้เปิดสนามรบใหม่สำหรับเทคโนโลยี Composite Metal Foam (CMF) โดยนำเทคโนโลยีนี้ออกจากขอบเขตของขั้นตอนทางการแพทย์ตั้งแต่กันชนรถยนต์ไปจนถึงการผ่าตัดเปลี่ยนเข่า
โฟมโลหะชนิดเดียวหรือชนิดผสมมีหน้าที่รับผิดชอบในส่วนนี้ โดยเป็นโฟมโครงสร้างในรูปทรงกลมกลวงที่ฝังอยู่ในอุปกรณ์ป้องกันกระสุนปืนเป็นวัสดุหลัก แต่ยังเป็นวัสดุตัวกลางในการใช้งานที่ซับซ้อน เช่น เหล็กหุ้มเกราะ เซรามิก และแผ่นใยไม้อัด โฟมไม่เพียงแต่หยุดแรงกระแทกความเร็วสูงของกระสุนและปลอกกระสุนเท่านั้น แต่ยังบดขยี้กระสุนและปลอกกระสุนจนแหลกละเอียดอีกด้วย แม้แต่กระสุนเจาะเกราะที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อเจาะเกราะก็ไม่สามารถเจาะทะลุได้
สำหรับนักรบ โฟมโลหะใช้ในอุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล ได้แก่:

• เสื้อเกราะกันกระสุนเอนกประสงค์
• เสื้อเกราะกันกระสุนแบบลอยน้ำ
• เสื้อเกราะกันกระสุนลอยน้ำแบบพาสซีฟ
• หมวกกันน็อคแบบยุทธวิธี
• ชุดเกราะป้องกันไหล่และด้านข้างแบบกันกระสุน
• พร้อมชิลด์บังตาและป้องกันกระดูกสันหลัง
• โล่กันกระสุน

สำหรับเครื่องมือหุ้มเกราะหนักรวมถึงอุปกรณ์เอาตัวรอด โฟมโลหะถูกนำมาใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึง:

• การทำเกราะคอมโพสิต
• การทำแผ่นฐานที่ทนทานต่อระเบิดสำหรับยานพาหนะ
• การทำกล่องรับบริจาคทางทหาร

โฟมเมทัลคืออะไร โฟมเมทัลคืออะไร และมีคุณสมบัติที่น่าทึ่งอะไรบ้าง
โฟมโลหะเป็นวัสดุโลหะที่มีรูพรุนซึ่งสร้างโครงสร้างตาข่ายสามมิติในเมทริกซ์โลหะ เนื่องจากมีรูพรุนจำนวนมากในโฟมโลหะขนาด จำนวน ความสม่ำเสมอ การเชื่อมต่อ และการปิดผนึกของรูพรุนส่งผลต่อคุณสมบัติของโลหะโฟม พารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติของโลหะโฟม ได้แก่ ขนาดรูพรุน ความพรุนทั้งหมด ความพรุนที่มีประสิทธิภาพ ความหนาแน่น และพื้นที่ผิวเฉพาะ
โฟมโลหะเป็นวัสดุประเภทใหม่ที่มีคุณสมบัติทั้งเป็นโลหะและมีคุณสมบัติทางกายภาพพิเศษบางประการของวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ ซึ่งได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ คุณสมบัติหลักของโฟมโลหะมีดังต่อไปนี้:

• วัสดุน้ำหนักเบามาก (75-95% ของปริมาตรประกอบด้วยช่องว่าง)
• มีรูพรุนสูงมาก
• ความแข็งแรงอัดสูงรวมกับคุณสมบัติการดูดซับพลังงานที่ดี
• การนำความร้อนต่ำ
• มีความแข็งแรงสูง

หลักการดูดซับพลังงานจากการกระแทกของโลหะโฟม
นอกจากจะนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์สำหรับการกรอง การลดเสียง ฉนวน และตัวพาตัวเร่งปฏิกิริยาแล้วโฟมโลหะเป็นตัวเลือกที่แข็งแกร่งสำหรับการประยุกต์ใช้ในระบบเกราะคอมโพสิตในสาขาการดูดซับพลังงาน
โฟมโลหะเป็นวัสดุโฟมที่มีน้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงสูงซึ่งผลิตขึ้นโดยใช้ลูกโลหะกลวงฝังอยู่ในเมทริกซ์โลหะแข็ง วัสดุนี้แสดงคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยมเมื่อเทียบกับวัสดุโลหะอื่นๆ คุณสมบัติอันเหนือชั้นของโฟมโลหะเหล่านี้ช่วยกักเก็บพลังงานได้อย่างรวดเร็วเมื่อเกิดแรงกระแทกด้วยความเร็วของกระสุนสูงเมื่อเทียบกับการรับน้ำหนักแบบกึ่งสถิตย์
ตัวดูดซับพลังงานที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ ซึ่งโดยทั่วไปจะดูดซับพลังงานกลจลน์ด้วยการบีบอัดหรือเบี่ยงเบนพลังงานภายใต้แรงดึงคงที่ในระยะทางไกล มีการทำงานคล้ายกับสปริง แต่จะเด้งกลับ ทำให้สปริงกลายเป็นอุปกรณ์กักเก็บพลังงานแทนที่จะเป็นตัวดูดซับพลังงาน
โครงสร้างที่มีรูพรุนของโฟมโลหะทำให้มีเส้นกราฟความเค้น-ความเครียดที่เป็นเอกลักษณ์ เมื่อความเค้นที่เกิดขึ้นเกินระดับการอัดขึ้นรูป โฟมจะเริ่มบีบอัดที่ความเค้นคงที่จนถึงระดับความเครียดประมาณ 50-70% การขยายเส้นกราฟความเค้น/ความเครียดจะกำหนดพฤติกรรมของตัวดูดซับพลังงานในอุดมคติ

โฟมโลหะทำงานบนเกราะป้องกันร่างกายอย่างไร?
โฟมโลหะได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถดักจับเศษกระสุนและปกป้องคุณจากความเสียหายรองได้ เกราะป้องกันร่างกายของทหารส่วนใหญ่ใช้วัสดุคล้ายเคฟลาร์เป็นชั้นหลัง ซึ่งโดยปกติแล้วจะได้รับการจัดระดับ III-A และจะหยุดกระสุนปืนพกได้ด้วยตัวเอง เกราะอ่อนหยุดกระสุนโดยการกระจายพลังงาน และเนื่องจากกระสุนปืนพกส่วนใหญ่ไม่คมเท่ากระสุนปืนไรเฟิล คุณจึงเพียงแค่ต้องชะลอความเร็วของกระสุนเพื่อไม่ให้ทะลุผิวหนังของคุณ ชั้นโฟมโลหะเป็นตัวดูดซับแรงกระแทกของเกราะป้องกันร่างกายสำหรับกระสุนพลังงานสูงที่ต้องใช้เกราะแข็งเพื่อหยุดกระสุน โครงสร้างที่ขยายตัวของโฟมโลหะถ่ายโอนพลังงานจากการชนได้น้อยกว่าชิ้นส่วนที่เป็นของแข็งมาก ในบริเวณที่เกิดการกระทบ โฟมจะปรับเข้ากับวัตถุที่กระทบได้อย่างง่ายดาย การเสียรูปพลาสติกนี้จะดูดซับพลังงานกลในพื้นที่นั้น ในทั้งสองกรณี พลังงานจากการชนจะถูกดูดซับโดยของแข็งเพียงเล็กน้อย บางคนยังเลือกที่จะเพิ่มชั้นที่สามไว้ด้านหลังเกราะอ่อน ซึ่งเรียกว่าแผ่นรองกันกระแทก แผ่นรองนี้ประกอบด้วยชั้นของของเหลวที่ไม่ใช่แบบนิวโทเนียนและแผ่นรอง แผ่นรองนี้ช่วยลดแรงกระแทกของกระสุนปืนต่อผู้สวมใส่ได้อีกด้วย