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Leichtes, zusammengesetztes Schaummaterial kann Kugeln ebenso wie Stahl stoppen

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Forscher haben einen Metallschaumverbundwerkstoff entwickelt, der Kugeln und Stahlpanzer mit nur der Hälfte des Gewichts stoppen kann.

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Metallpanzerungen können Polizei- und Militärfahrzeuge vor Kugeln schützen, machen sie aber auch schwerer und damit langsamer, um sich aus gefährlichen Situationen zu befreien.

Jetzt haben Forscher an der North Carolina State University eine leichte Alternative zur Metallpanzerung in einem Metallverbundschaumstoff (CMF) entwickelt, der Kugel- und Panzerbrechende.50 Kaliberkugeln sowie konventionelle Stahlpanzer bei der Hälfte des Gewichts stoppen kann, sagten sie.

Mit dem Schaumstoff können Forscher sagen, dass Fahrzeugkonstrukteure leichtere Militärfahrzeuge entwickeln können, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen oder den Schutz ohne zusätzliches Gewicht zu verbessern.

"Die CMF-Panzerung war weniger als die Hälfte des Gewichts der gewalzten homogenen Stahlpanzerung, die benötigt wurde, um das gleiche Schutzniveau zu erreichen", sagte Afsaneh Rabiei, Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der North Carolina State University, der die Forschung leitete.

Langjährige Erfahrung

Rabiei erfand CMF und hat jahrelang CMF-Materialien entwickelt, getestet und optimiert. CMF ist ein Schaumstoff, der aus hohlen, metallischen Kugeln besteht, die aus Materialien wie Edelstahl oder Titan hergestellt und dann in eine metallische Matrix aus Stahl, Titan, Aluminium oder anderen metallischen Legierungen eingebettet sind.

Bereits in früheren Arbeiten haben sie und ihr Team gezeigt, dass CMF den Sprengdruck und die Fragmentierung blockieren und ein M2-panzerbrechendes Projektil in einer Leistung stoppen kann, die mit der von Standardmetallrüstungen vergleichbar ist. CMFs haben auch Effektivität bei der Abschirmung von Metallform-Röntgenstrahlen, Gammastrahlen und Neutronenstrahlung gezeigt, sowie beim Umgang mit Feuer und Hitze doppelt so gut wie mit glatten Metallen, die sie enthalten, sagten Forscher.

Das in der aktuellen Forschung verwendete CMF ist das so genannte "Stahl-Stahl-CMF", was bedeutet, dass sowohl die Kugeln als auch die Matrix aus Stahl bestehen, sagte sie.

Rabieis Team fertigte ein Hartpanzersystem mit einer keramischen Frontplatte, einem CMF-Kern und einer dünnen Rückplatte aus Aluminium. Sie testeten die Rüstung mit Kugel- und Panzerbrechenden Geschossen im Kaliber .50, die mit Aufprallgeschwindigkeiten von 500 Metern pro Sekunde bis zu 885 Metern pro Sekunde abgefeuert wurden.

Die CMF-Schicht der Rüstung absorbierte 72 Prozent bis 75 Prozent der kinetischen Energie der Kugelmunition und 68 Prozent bis 78 Prozent der kinetischen Energie der panzerbrechenden Munition.

"Mit anderen Worten, wir konnten erhebliche Gewichtseinsparungen erzielen - was sich positiv auf die Fahrzeugleistung und die Kraftstoffeffizienz auswirkt -, ohne den Schutz zu beeinträchtigen", sagte Rabiei. Forscher veröffentlichten ein Papier über ihre Arbeit in der Zeitschrift Composite Structures.

Verbesserungspotenzial

Während die Forschung das Versprechen von CMF für den Einsatz bei der Konstruktion und Entwicklung von Fahrzeugpanzern bestätigt, sagte Rabiei, dass es noch Verbesserungspotenzial bei der Materialkonstruktion selbst gebe.

"Diese Ergebnisse stammen aus der Erprobung von Rüstungen, die wir durch die einfache Kombination von Stahl-Stahl-CMF mit handelsüblichen keramischen Planscheiben, Aluminiumrückwand und Haftmaterial hergestellt haben", sagte sie. "Wir haben nur unser CMF-Material optimiert und die Stahlplatte in der Standard-Fahrzeugpanzerung durch eine CMF-Stahlpanzerung ersetzt. Es gibt zusätzliche Arbeit, die wir tun könnten, um es noch besser zu machen."

Die nächsten Schritte beinhalten die Optimierung der Haftung und Dicke der Keramik-, CMF- und Aluminiumschichten, was nach Rabieis Worten zu einem noch geringeren Gesamtgewicht und einer verbesserten Effizienz der endgültigen Panzerung für ein breiteres Anwendungsspektrum führen kann.

"CMFs sind vielversprechend für eine Vielzahl von Anwendungen: von der Weltraumforschung über den Transport von Atommüll, Sprengstoffen und Gefahrstoffen bis hin zu Militär- und Sicherheitsanwendungen und sogar Autos, Bussen und Zügen", sagte sie.

Elizabeth Montalbano ist eine freiberufliche Autorin, die seit mehr als 20 Jahren über Technik und Kultur schreibt. Sie hat als professionelle Journalistin in Phoenix, San Francisco und New York City gelebt und gearbeitet. In ihrer Freizeit surft sie gerne, reist, musiziert, yogiert und kocht. Derzeit wohnt sie in einem Dorf an der Südwestküste Portugals.