熔化穿甲子弹的泡沫金属——美国军工技术新突破

导读：2016年4月5日，北卡罗莱纳州立大学的机械与航空航天工程教授Afsaneh Rabiei研发的更强大的泡沫金属复合物，经过试验证明能令穿甲子弹瞬间化为灰烬，对于如此强大的防御材料，不禁让人期待未来泡沫金属复合物是否还会为我们带来更多的惊喜与新应用。

在测试试验中，实验人员将尺寸为 7.62 x 63 毫米、口径 0.3 英寸的 M2 普通弹，射向前方的泡沫金属复合物，测试程序是根据美国国家司法协会（NIJ）发布的防弹测试标准程序来进行。从下面的慢速影片中可以看到，左半部的黑色区块就是一块泡沫金属复合物，当 M2 子弹射向泡沫金属复合物后，子弹彷佛被部分吞食一般，瞬间化成一团烟灰与碎屑。

根据 NIJ 所制定的标准，防弹衣中弹处仅能往后凹陷在 44 毫米范围以内，不过，Rabiei 表示，泡沫金属复合物可有效将子弹造成的冲击大幅减少，使得防弹材料仅会往后凹陷在低于 8 毫米的范围之内。除此之外，泡沫金属复合物还能有效的阻挡 X 射线、伽玛射线与中子射线，且其抵御火与热的能力为纯金属的 2 倍。

视频：子弹——泡沫金属复合物射击试验

这个材料在2008年由Rabiei首次提出，有关专家对泡沫金属的概念提出由来已久，而Rabiei的泡沫金属却与众不同，它拥有最强的性能，部分泡沫金属的缺点在于金属内部的空心结构大小不一，相反Rabiei则采用了标准形状和大小统一的空心球体结构材料来制造泡沫金属。

图：(A), (B) , (C)分别对应的是2.2mm，4mm和5.2mm直径大小的空心球体结构制造的泡沫金属电子图像。

(D), (E), (F)中标注部分为各自对应区域的扫描电镜图像 。

图A：空心球体的表面特征。

图B：内表面存在一定的脱落现象。

在开发初期，Rabiei团队曾经做过汽车冲撞试验，实验表明在汽车保险杠后增加两片她们研制的泡沫金属复合物，在以45km/h运行的汽车装上障碍物后，车内乘客感觉仅仅像是以8km/h的速度行驶撞上的障碍物。

视频：Rabiei泡沫金属复合物研发

实验数据表明随着空心球体结构的增加，屈服强度和最大强度下降；随着加载速率增加，泡沫金属复合物的屈服强度和最大强度则会增加。

图：不同尺寸的空心球体结构制成的泡沫金属在不同的加载速度下的应力——应变曲线

使用SHPB试验方法(split Hopkinson pressure bar experiments)证明，随着加载速率增加，弹性系数也会出现增长。

图：不同加载速度下，屈服强度和弹性模量的对比

这种新型的泡沫金属复合物具有极高的强度密度比，对于需求冲击保护同时要求轻量化的行业有非常巨大的应用潜力，如飞机，船舶，钢结构，医疗行业等。相信随着科学家们的努力，安全而环保的新型材料会离我们越来越近。

免责声明：本公众号所载文章为本公众号原创或根据网络搜集编辑整理，文章版权归原作者所有。如标错来源，请跟我们联系！文章内容如有偏颇，敬请各位指正。