Исследователи из Университета штата Северная Каролина совместно с Управлением прикладной авиационной технологии Армии США провели новые исследования свойств композитного пенометалла из нержавеющей стали и обнаружили, что этот материал более устойчив к воздействию взрыва и осколков, чем стандартная армейская броня. Результаты исследования опубликованы в Journal of Composite Structures, а их краткое изложение приводится в сообщении университета.
Композитный пенометалл представляет собой металлическую пену, изготавливаемую различными методами из самых разных типов металла, включая алюминий и сталь. Пенометалл, в частности, можно изготовить, пропуская через металлический расплав горячий газ. Другими способами является литье расплавленного металла в форму со стальными, титановыми или керамическими полыми шариками разного диаметра. Получившийся в результате материал имеет небольшую массу, но обладает высокой прочностью и малой теплопроводностью.
В исследовании, проведенном учеными из Университета штата Северная Каролина и Управления прикладной авиационной технологии Армии США, использовались листы пенометалла длиной и шириной 25 сантиметров и толщиной 9,5 и 16,75 миллиметра. Эти пластины размещались на расстоянии 45,7 сантиметра позади алюминиевой пластины толщиной 2,3 миллиметра. По этой сборке производились выстрелы фугасно-зажигательными авиационными снарядами калибра 23 миллиметра.
Алюминиевая пластина должна была вызывать подрыв снаряда, сопровождающийся ударной волной и облаком осколков, некоторые из которых летели на скорости до 1,5 тысячи метров в секунду. Испытания показали, что пластины толщиной 9,5 и 16,75 миллиметра выдержали воздействие ударной волны от взрыва. При этом крупные осколки смогли пробить тонкую пластину из пенометалла. Более толстая пластина остановила все попавшие по ней осколки площадью от 15 до 150 квадратных миллиметров.
Затем для контроля вместо пластин из пенометалла исследователи разместили бронепластину из алюминиевого сплава марки 5083 (алюминий с добавлением магния, марганца и хрома). Такой сплав используется для изготовления легкой брони для наземной техники, которая обеспечивает баллистическую защиту. Эта пластина также имела толщину 16,75 миллиметра и по массе соответствовала пластине из пенометалла той же толщины. Алюминиевая пластина сумела остановить ударную волну, однако при попадании осколков сильно деформировалась.
Лучшая устойчивость пенометалла к взрывам и попаданию осколков объясняется локальной деформацией полостей в металле, благодаря которой повреждения не распространяются вглубь материала. Это качество в перспективе позволит использовать композитные пенометаллы в качестве легкого материала для изготовления более долговечной брони. Теперь исследователи намерены провести эксперимент на пенометалле с использованием крупнокалиберных снарядов и самодельных взрывных устройств.
В 2016 году исследователи из Университета штата Северная Каролина обнаружили устойчивость пенометалла к нагреву. Для эксперимента они нагревали пластину из пенометалла длиной и шириной шесть сантиметров и толщиной 1,8 сантиметра. При этом исследователи измеряли, за какое время нагрев с одной стороны пластины достигнет противоположной. Для контроля они нагревали пластину из нержавеющей стали таких же размеров. В ходе эксперимента пенометалл нагрелся до 800 градусов Цельсия за восемь минут, а цельностальная пластина — за четыре.
Василий Сычёв
