复合金属泡沫材料开发人员正在开发一种轻型钢制结构,这种钢制结构具有超高强度,能够在遇到子弹打击时,将子弹击碎成粉末。
很少有人认为泡沫是一种抗冲击性材料,但随着一种新型钢制泡沫材料的出现,使超轻型车身装甲的制造变为可能。
钢制复合金属泡沫材料(CFM)是复合材料发展史上又一个最令人兴奋的进步。这种复合材料以两种不同的形式与钢材结合,极大地强化了其强度和抗冲击性。
独特结构
复合金属泡沫材料具有独特的海棉状结构,在制造时,首先将中空的钢球随机排列并悬浮在精细钢粉中。
然后, 通过烧结工艺 进行热处理。在烧结过程中,通过加温加压, 让颗粒粉末 与钢球构成的“气泡”熔合在一起,形成钢制海棉状结构。
钢制金属海棉泡沫材料的价值在于其独特的机械、热、电、声特性。在装甲系统中,这种材料的中空钢球与四周钢粉矩阵之间建立灵活的形变关系,带来独特的分散弹道能量的能力,从而使这种材料具备超高强度。
复合金属泡沫材料具有多孔性和高表面积体积比,因此在发生形变时,能够吸收大量机械能量。
耐火强度
复合金属泡末材料已在北卡罗莱纳州立大学开发超过12年,其弹道应用经过美国国防部的广泛测试。
实验表明,厚度为2.5厘米的复合金属泡沫材料测试件,其抵抗弹头冲击的性能已超过同样厚度的固体钢板,并且其重量只有后者的六分之一。
事实上,2.5厘米厚的复合泡沫材料提供的弹道抗冲击性,足以在冲击时击碎7.62 x 63毫米制式M2穿甲弹,使其变成粉尘状碎片。
多种用途
尽管复合金属泡沫材料在新型装甲应用发展中表现出巨大潜力,但该材料的应用远不限于此。目前,人们正在积极探索其他领域,对这种新型钢构造的属性善加利用。
在处置核废料时,目前正在考虑使用复合金属泡沫材料,屏蔽核废料容器产生的X射线、伽玛射线和中子辐射。这是因为复合金属泡沫材料具有高吸能能力、低导热性、低热膨胀系数以及超高外形稳定性。在高温条件下,钢制复合金属泡沫材料的膨胀率远低于块状钢材,并且其膨胀形式更加规则,可预测性更强。
实验表明,厚度为2.5厘米的复合金属泡沫材料测试件,其抵抗弹头冲击的性能已超过同样厚度的固体钢板,并且其重量只有后者的六分之一。
另外,复合金属泡沫材料重量轻,并且具有抗热性及其他机械属性,因此也被考虑用作新一代航天器和航空器的结构材料、屏蔽材料和热绝缘材料,目前美国国家航空航天局正在评估复合金属泡沫材料的潜力。
复合金属泡沫材料的耐热性是普通钢材的两倍,主要原因是热量在空气中的传播速度低于金属。近期对复合金属泡沫材料的热性能和耐火属性进行的研究表明,与基底钢材相比,这种材料提供了良好的热绝缘性、超高的热稳定性和优秀的阻燃性。
钢材作为一种可靠的、适应能力强的成熟材料,具有广泛的商业用途。今天,钢制复合材料将两种截然不同的钢材形态合二为一,为结构性和功能性应用带来全新可能。