나노 구조 금속의 잠재력 Ballistic 보호 시스템

나노 구조 금속은 무엇입니까?

나노 구조 금속은 곡물 크기가 100 나노 미터보다 작기 위해 deliberately 설계되는 재료의 종류를 나타냅니다. 이 규모에서 곡물 경계의 볼륨 분수는 극적으로, 기본 기계 및 물리적 행동을 변경하는 것이 증가합니다. 기존의 코라미드 곡물 금속과는 달리, 곡물 크기가 일반적으로 10 ~ 100 마이크로 미터 범위에서 배열하는 것과는 달리 나노 구조 변형은 실질적으로 강화하기 위해 지도하는 홀 - 그림 관계를 전시합니다. 미세 입자가 변형 된 금속과 같은 성능은 전기적 인 성능과 같은 다른 특성으로 인해 영향을 줄 수 있습니다. 이러한 특성은 전기적 인 내성, 전기적 인 내성, 전기적 및 전기적 인 특성을 높일 수 있습니다.

금속의 나노 스케일 정의

이 용어는 "nanostructured"는 넓은 스펙트럼을 다룹니다. 나노 크리스탈 (그레인 크기 100 nm 이하), 초 미세 곡물 (100-500 nm), 나노 라미네이트 구조. 종종 이러한 재료는 심각한 플라스틱 변형 (예 :, 동등한 채널 각도 프레스, 고압 염력), 전극 위치 또는 분말 연결에 의해 생산됩니다. 결과 미세 구조에는 장벽과 같은 변형을 분리하는 것과 같은 변형이 있으며, 이러한 물질은 그러한 변형을 포함하여 매우 중요한 역할을하는 물질의 고밀도를 포함합니다. 이러한 물질은 이러한 물질의 변형을 포함시키는 것이 매우 중요한 요소입니다.

Ballistic 보호에 있는 이점

나노 구조 금속의 독특한 기계적 동작은 암기 및 보호 시스템에 대한 여러 가지 독특한 이점을 제공합니다. 각 장점은 나노 스케일 물리학에서 뿌리를두고 직접 균질 장갑 (RHA) 강철 또는 세라믹 복합 재료와 같은 기존의 볼리즘 물질의 한계를 해결합니다.

Enhanced Strength: 홀-그림 효과는 약 10-15 nm로 입자 크기가 감소함에 따라 강도가 거의 줄어듭니다. 많은 나노 크리스탈 합금의 경우, 강도 값은 2 ~ 5 배 더 높을 수 있습니다. 이 나노 구조 금속의 얇은 판을 사용하면 훨씬 더 두꺼운 기존 판이 필요한 위협을 막을 수 있습니다.
경량: 고 강도 (강도 중량 비율) 허용 팔러 디자이너는 가용 밀도를 줄이기 위해. 예를 들어, nanostructured 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금은 특정 차량 팔러 패널에서 강철을 대체 할 수 있으며, 동일한 보호를 유지하면서 30-50 %로 절단 무게를 줄일 수 있습니다. 이것은 군인 이동성, 연료 효율 및 전반적인 물류 개선에 중요한 역할을합니다.
Improved Energy Absorption:] 나노 구조 금속의 고강도와 연성이 결합하여 충격에 대한 우수한 에너지 분산에 이르는 제품입니다. 나노 스케일 곡물은 스트레인의 균일 한 분포를 촉진하고 현지화 된 실패를 지연시킬 수 있습니다. 또한 곡물 경계 슬라이딩과 나노 스케일의 핵 핵과 같은 메커니즘은 마모 또는 보호 장비로 전달된 힘을 줄여주는 기적 에너지를 흡수 할 수 있습니다.
Increased Durability: 나노 구조 재료는 종종 우수한 내마모성 및 피로 수명을 전시하고, 그 경도와 미세 곡물 구조로 인해 일부로. 이 여러 충격이나 가혹한 환경 조건에 노출 후의 탄탄한 성능을 유지하는 암기 판으로 번역 (예 : 모래, 습기, 온도 극).

현재 연구 및 개발

전 세계 활성 연구 프로그램은 나노 크리스탈 금속 및 합금의 합성, 특성화 및 암기 응용 프로그램을 탐구하고 있습니다. 실험실 스케일 데모는 놀라운 성능이 표시되어 있지만, 대규모 배포가 가능한하기 전에 몇 가지 장애물이 극복되어야합니다.

나노 구조의 합금의 유형은 투자

경량 구조 금속에 대부분의 노력 초점: 알루미늄, 티타늄, 및 마그네슘 합금, 뿐 아니라 고강도 강철. 예를 들면:

Nanocrystalline Al 7075:] cryomilling 또는 심한 플라스틱 변형을 통해 생성된 이 합금은 기존 7075-T6의 ~500 MPa와 비교된 1 GPa를 초과하는 항복 강도를 달성할 수 있습니다. Ballistic 시험에는 강철 핵심 투사에 대하여 개량한 침투 저항이 있습니다.
Nanostructured Titanium (Ti-6Al-4V): Ultrafine-grained version show 향상된 strength(최대 1.4 GPa) 티타늄의 우수한 내식성과 온건한 밀도를 유지하면서 향상된 strength(최대 1.4 GPa)를 보여줍니다. 그들은 경량 몸 암 커넥터와 차량 도금을 위해 연구되고 있습니다.
Bimodal과 Multilayer 구조: 일부 연구원들은 강도와 연성에 대한 coarse와 nanoscale 곡물 (비모달)의 혼합을 가진 금속을 디자인합니다. 또는 나노 라미네이트 복합물 (예 : Al/TiN 층)은 균열 전파를 분리하고 리디렉션하여 우수한 침투 저항을 제공합니다.

제조 도전과 확장성

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극한 조건 하에서 Nanostructures의 안정성

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미래 전망과 Emerging Technologies

미래 보호를위한 나노 구조 금속 분야는 전투 분야에서 기본 과학 및 진화 위협에 대한 발전에 의해 구동 성장에 대한 poised.

복합 및 세라믹 시스템 통합

나노 구조 금속 판 또는 코팅을 결합하는 미래 암기는 하이브리드 될 것입니다 (예 : 붕소 카바이드, 실리콘 카바이드) 및 폴리머 복합물. 금속은 세라믹 조각을 잡는 백킹 레이어로 제공 할 수 있으며 나노 스케일 강도가 더 얇은, 라이터 백킹을 허용하면서 멀티 히트 기능을 제공합니다. 연구는 또한 나노 금속 폼 구조를 탐구하고 제어 방식으로 충격을 흡수하는 데있어 에너지가 흡수됩니다.

스마트 갑옷 및 적응 시스템

나노 구조 금속을 "스마트"갑옷으로 통합 - 재료 특성이 위협에 대한 응답에서 변하는 곳 - 국경이다. 예를 들어, 전기 또는 자석 나노 금속은 충격하기 전에 전기 분야에서 뻣뻣 할 수 있거나 촉매 코팅은 에너지를 분산시키는 화학 반응을 유발할 수 있습니다. 이 개념은 초기 단계에서 유지되지만 나노 구조 재료의 곡물 경계 및 인터페이스의 조정 가능한 성격에서 혜택을 누릴 수 있습니다.

첨가제 제조를 통한 비용 절감

제어 나노 구조가 있는 금속의 첨가제 제조(3D 프린팅)는 암기 제작을 혁명시킬 수 있습니다. 레이저 분말 침대 융합 및 지시 에너지 증착은 급속한 응고를 통해 정밀한 곡물 크기를 달성할 수 있습니다. 열역학 가공 (예: in-situ 뜨거운 회전)과 함께 첨가제 제조를 결합하면 더 낮은 폐기물에 크고 복잡한 모양 부품을 허용할 수 있습니다. 이러한 기술이 비용 경쟁력이 생기면 개별 군인 또는 차량 부품의 맞춤식 암기가 일상적으로 될 수 있습니다.