الرغوة المعدنية | البحث والتطوير لأنظمة الحماية الباليستية لتطبيقات الحرب الحديثة

ما هو الباليستيمادة؟أين يتم استخدامه؟
سيتم استخدام الدروع الصلبة الأكثر شيوعًاسيراميكتُستخدم الصفائح المعدنية كحواجز، لكن السيراميك يتحطم عند الاصطدام ويفقد طاقته اللازمة للقتال المستمر. تعاني معظم الدروع المعدنية من نفس مشكلة تقشر الرصاص عند الاصطدام. يمكن أن تُسبب هذه الشظايا إصابةً لمرتدي الدرع. قد يكون وضع رقع درع ثانوية على وجوه مرتديها أمرًا مزعجًا للغاية ويزيد من التكلفة على الفرد أو الشركة أو الحكومة. يتطلب تطوير تقنيات قتالية خفيفة الوزن، مثل الطائرات والمركبات البرمائية، بالإضافة إلى الحاجة إلى زيادة قدرة القوات البرية على الحركة، مواد باليستية تُقلل وزن الدروع باستمرار مع تحسين أدائها الباليستي.
تتوفر الدروع الباليستية بأنواع ودرجات متنوعة. تُستخدم هذه المواد لحماية الزجاج، ودروع المركبات، ودروع الجسم، والدروع الواقية. توفر الصفائح البلاستيكية المصفحة مجموعة واسعة من الحماية، بدءًا من الزجاج المختوم المعتمد وصولًا إلى المواد الباليستية من الدرجة الثالثة. عادةً ما تكون المواد الباليستية صلبة، ولكنها قد تكون لينة أيضًا. يمكن أن تكون معقدة، مثل الكيفلار، أو البولي إيثيلين عالي الكثافة، أو الليكسان، أو مركبات ألياف الكربون، أو بسيطة، مثلالألومنيوم، الفولاذ، التيتانيوم أو السبائك الأخرى.
مع التقدم التكنولوجي، شهدت الدروع الواقية من الرصاص تطورًا جذريًا. يشهد سوق القمصان الداخلية الواقية من الرصاص ثورةً في مجال السلامة والأمان، ما فتح آفاقًا جديدةً لتكنولوجيا الرغوة المعدنية المركبة (CMF)، حيث أصبحت تُستخدم في مختلف الإجراءات الطبية، بدءًا من مصدات السيارات ووصولًا إلى عمليات استبدال الركبة.
المعادن الرغوية المفردة أو المركبة مسؤولة عن ذلك - وهي رغاوي هيكلية على شكل كرات معدنية مجوفة، تُدمج في الأجهزة الباليستية كمادة أساسية، وكذلك كمواد وسيطة في تطبيقات معقدة مثل فولاذ الدروع والسيراميك والألواح الليفية. لا تقتصر فعالية الرغوة على إيقاف الصدمات عالية السرعة للرصاص والقذائف فحسب، بل تسحقها تمامًا أيضًا. حتى الرصاص الخارق للدروع، المصمم خصيصًا لاختراق الدروع، لا يخترقها.
بالنسبة للمحارب، تشمل استخدامات الرغوة المعدنية في معدات الحماية الشخصية ما يلي:

• سترات واقية من الرصاص للأغراض العامة
• سترات مضادة للرصاص تعمل بالطفو النشط
• سترات مضادة للرصاص عائمة سلبية
• الخوذات الباليستية التكتيكية
• مجموعات دروع الحماية الباليستية للكتف والجانب
• مع واقي وحماية للعمود الفقري
• الدروع الباليستية

بالنسبة للأدوات المدرعة الثقيلة وكذلك معدات البقاء على قيد الحياة، يتم استخدام المعدن الرغوي في مجموعة متنوعة من التطبيقات بما في ذلك:

• صناعة الدروع المركبة
• صنع ألواح أساسية مقاومة للألغام للمركبات
• صنع صناديق الإسقاط العسكرية

ما هو الرغوة المعدنية؟ ما هي الرغوة المعدنية وما خصائصها المذهلة؟
معدن الرغوة مادة معدنية مسامية تُشكل بنية شبكية ثلاثية الأبعاد في مصفوفة معدنية. ونظرًا لوجود العديد من المسام فيرغوة معدنيةيؤثر حجم المسامات وعددها وتجانسها وترابطها وإغلاقها على خصائصها. تشمل المعايير المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بخصائص معادن الرغوة: حجم المسام، والمسامية الكلية، والمسامية الفعالة، والكثافة، والمساحة السطحية النوعية.
يحظى المعدن الرغوي، باعتباره نوعًا جديدًا من المواد يجمع بين الخصائص المعدنية وبعض الخصائص الفيزيائية الخاصة بالمواد غير المعدنية، باهتمام متزايد. وتتمثل خصائصه الرئيسية فيما يلي:

• مادة خفيفة للغاية (75-95% من الحجم يتكون من مساحة فارغة)
• مسامية عالية جدًا
• قوة ضغط عالية مقترنة بخصائص امتصاص الطاقة الجيدة
• الموصلية الحرارية المنخفضة
• قوة عالية

مبدأ امتصاص طاقة التأثير للمعادن الرغوية
بالإضافة إلى استخدامها تجاريًا في الترشيح وتقليل الضوضاء والعزل وحاملات المحفز،رغاوي معدنيةوهي مرشحة قوية للتطبيق في أنظمة الدروع المركبة في مجال امتصاص الطاقة.
كأداة حماية من الرصاص، يُعدّ المعدن الرغوي مادة رغوية خفيفة الوزن وعالية القوة، تُصنع باستخدام كرات معدنية مجوفة مدمجة في مصفوفة معدنية صلبة. أظهرت هذه المادة خصائص ميكانيكية ممتازة مقارنةً بأي مادة معدنية أخرى. هذه الخصائص الفائقة للمعدن الرغوي تحبس الطاقة بسرعة عند الصدمات ذات السرعات الباليستية العالية، مقارنةً بالحمل شبه الساكن.
تعمل ممتصات الطاقة المتوفرة تجارياً، والتي تمتص عادةً الطاقة الميكانيكية الحركية عن طريق ضغطها أو انحرافها عند ضغط ثابت نسبيًا على مسافة طويلة، بشكل مشابه إلى حد ما للينابيع، ولكنها ترتد للخلف، مما يجعلها أجهزة تخزين للطاقة بدلاً من ممتصات للطاقة.
يمنح الهيكل المسامي للرغوات المعدنية منحنى إجهاد-انفعال فريدًا؛ فبمجرد أن يتجاوز الإجهاد المطبق حدّ البثق، تبدأ الرغوة بالانضغاط عند إجهاد ثابت نسبيًا يصل إلى حوالي 50-70% من الانفعال. ويُحدد امتداد منحنى الإجهاد/الانفعال سلوك مُمتص الطاقة المثالي.

كيف يعمل الرغوة المعدنية على الدروع الواقية للبدن؟
أثبتت الرغوة المعدنية قدرتها على حبس شظايا الرصاص وحمايتك من أي ضرر ثانوي. تستخدم معظم الدروع الواقية العسكرية مادةً شبيهةً بالكيفلار كطبقة خلفية، وهي عادةً ما تكون مصنفة من الفئة III-A، وتمنع طلقات المسدسات تلقائيًا. يوقف الدرع الناعم الرصاص عن طريق تبديد الطاقة، ولأن معظم رصاصات المسدسات ليست حادة كرصاصات البنادق، فما عليك سوى إبطائها حتى لا تخترق جلدك. تعمل طبقة الرغوة المعدنية على امتصاص صدمات الدرع الواقي من الرصاصات عالية الطاقة التي تتطلب درعًا صلبًا لإيقافها. الهيكل المتوسع لـرغوة معدنيةينقل الرغوة طاقة الاصطدام بكفاءة أقل بكثير من المكونات الصلبة. في منطقة الاصطدام، تتوافق الرغوة بسهولة مع الجسم المصطدم. يمتص هذا التشوه البلاستيكي الطاقة الميكانيكية موضعيًا. في كلتا الحالتين، يمتص الجسم الصلب قدرًا ضئيلًا جدًا من طاقة الاصطدام. يختار البعض أيضًا إضافة طبقة ثالثة خلف الدرع الناعم، تُسمى وسادة الصدمات. تتكون هذه الوسادة من طبقات من سائل غير نيوتوني وحشوة. كما أنها تخفف من تأثير ارتطام الرصاصة على مرتديها.