I ricercatori hanno dimostrato che l'armatura del veicolo che utilizza la schiuma metallica composita (CMF) può fermare la palla e i proiettili calibro .50 perforanti e l'armatura d'acciaio convenzionale, anche se pesa meno della metà. La scoperta significa che i progettisti di veicoli saranno in grado di sviluppare veicoli militari più leggeri senza sacrificare la sicurezza, o può migliorare la protezione senza appesantire i veicoli.

CMF è una schiuma costituita da cavi, sfere metalliche, realizzate in materiali come acciaio inossidabile o titanio, incorporate in una matrice metallica in acciaio, titanio, alluminio o altre leghe metalliche. In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato CMF acciaio-acciaio, il che significa che sia le sfere che la matrice erano in acciaio.

Per lo studio, i ricercatori hanno prodotto un sistema di armatura dura costituito da una piastra frontale in ceramica, un nucleo CMF e una sottile piastra posteriore in alluminio. L'armatura è stata testata utilizzando sfere calibro .50 e proiettili perforanti. L'armatura è stata testata con i colpi sparati a velocità d'impatto da 500 metri al secondo fino a 885 metri al secondo.

Lo strato CMF dell'armatura era in grado di assorbire il 72-75% dell'energia cinetica dei colpi di palla, e il 68-78% dell'energia cinetica dei proiettili perforanti.

"L'armatura CMF pesava meno della metà dell'armatura d'acciaio omogenea laminata necessaria per ottenere lo stesso livello di protezione, "dice Afsaneh Rabiei, autore corrispondente di un articolo sul lavoro e professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la North Carolina State University. Rabiei, l'inventore del CMF, ha trascorso anni a sviluppare e testare i materiali CMF.

"In altre parole, siamo stati in grado di ottenere un notevole risparmio di peso, che avvantaggia le prestazioni del veicolo e l'efficienza del carburante, senza sacrificare la protezione, "dice Rabiei.

"Questo lavoro mostra che CMF può offrire un vantaggio significativo per l'armatura dei veicoli, ma ci sono ancora margini di miglioramento, " Rabiei dice. "Questi risultati derivano dai test delle armature che abbiamo realizzato semplicemente combinando CMF acciaio-acciaio con piastre frontali in ceramica standard, piastra posteriore in alluminio e materiale adesivo. Abbiamo solo ottimizzato il nostro materiale CMF e sostituito la piastra d'acciaio nell'armatura standard del veicolo con l'armatura CMF in acciaio-acciaio. C'è del lavoro aggiuntivo che potremmo fare per renderlo ancora migliore. Per esempio, vorremmo ottimizzare l'adesione e lo spessore della ceramica, CMF e strati di alluminio, il che può portare a un peso totale ancora inferiore e a una migliore efficienza dell'armatura finale."

Nei lavori precedenti, Rabiei e i suoi collaboratori hanno dimostrato che CMF potrebbe bloccare la pressione dell'esplosione e la frammentazione a 5, 000 piedi al secondo da proiettili incendiari ad alto potenziale esplosivo che esplodono a soli 18 pollici di distanza. Il suo team ha anche dimostrato che CMF potrebbe fermare un proiettile perforante M2 da 7,62 x 63 millimetri con uno spessore totale inferiore a un pollice, mentre la rientranza sul retro era inferiore a 8 millimetri. Per contesto, lo standard del National Institute of Justice consente una rientranza fino a 44 millimetri nella parte posteriore dell'armatura.

Inoltre, Il gruppo di Rabiei ha dimostrato che i CMF, oltre ad essere leggero, sono molto efficaci nella schermatura dei raggi X, raggi gamma e radiazioni di neutroni e possono gestire fuoco e calore due volte meglio dei metalli semplici di cui sono fatti.

"In breve, I CMF promettono una varietà di applicazioni:dall'esplorazione dello spazio alla spedizione di scorie nucleari, esplosivi e materiali pericolosi, alle applicazioni militari e di sicurezza e persino alle automobili, autobus e treni, "dice Rabiei.

La nuova carta, "Prestazioni balistiche della schiuma metallica composita contro le minacce di grosso calibro, " è pubblicato sulla rivista Strutture composite .