Was so stark wie Stahl, so leicht wie Aluminium ist und ballistischen Aufprall, Feuer und Strahlung standhalten kann? Metall-Schaum.
Vor über einem Jahrzehnt erfand die Ingenieurin Afsaneh Rabiei von der North Carolina State University den Komposit-Metall-Schaum (CMF) – ein Material, das aus hohlen Metall „Blasen“ besteht, die in Stahl, Titan, Aluminium oder anderen Legierungen eingebettet sind. Von Luft- und Raumfahrt bis hin zur Verteidigung könnte das außergewöhnlich starke und leichte Material eine Vielzahl von Anwendungen finden. Nach jahrelangen Tests gegen ballistische Bedrohungen, Explosionen, Vibrationen, Strahlung und Feuer ist Rabieis Unternehmen, Advanced Materials Manufacturing, offiziell bereit für die Produktion.
Eigenschaften und Vorteile des CMF
Obwohl es nicht der erste jemals erfundene Metall-Schaum war, behauptet Rabiei, dass ihr CMF der stärkste sei. In einer Studie von 2019, die in der Zeitschrift Composite Structures veröffentlicht wurde, demonstrierten Forscher beispielsweise, dass die Fahrzeugpanzerung aus Stahl-Stahl-CMF (bei dem sowohl die Blasen als auch das Material, in dem sie sich befinden, aus Stahl bestehen) Kugeln und panzerbrechende .50 Kaliber-Geschosse ebenso effizient stoppt wie Fahrzeugpanzerungen aus konventionellem Stahl, jedoch mit weniger als der Hälfte des Gewichts.
„Die CMF-Panzerung wog weniger als die Hälfte des Gewichts der gewalzten homogenen Stahlpanzerung, die benötigt wird, um dasselbe Schutzniveau zu erreichen“, sagte Rabiei, die Mitautorin der Studie, in einer Erklärung der North Carolina State University. „Mit anderen Worten, wir konnten erhebliche Gewichtseinsparungen erzielen – was die Fahrzeugleistung und Kraftstoffeffizienz verbessert – ohne den Schutz zu opfern.“
Isolations- und Strahlungsschutz
Zwei Jahre zuvor fanden Rabiei und ihre Kollegen heraus, dass CMF deutlich besser gegen Wärme isoliert als eine solide Platte aus demselben Metall. In einer Studie von 2016, die im International Journal of Thermal Sciences veröffentlicht wurde, setzten sie eine Seite eines 2,5 Zoll x 2,5 Zoll x 0,75 Zoll (6,35 cm x 6,35 cm x 1,91 cm) dicken Stücks Massiv-Edelstahl sowie eine Seite eines CMF-Musters derselben Größe einer Flamme von 1.472 Grad Fahrenheit (800 Grad Celsius) aus. Während der Stahl vier Minuten benötigte, um die gleiche Temperatur zu erreichen, benötigte CMF acht.
„Das Vorhandensein von Lufttaschen im CMF macht es so effektiv bei der Blockierung von Wärme, hauptsächlich weil Wärme langsamer durch Luft als durch Metall reist“, erklärte Rabiei in einer weiteren Erklärung der Universität. Das bedeutet, dass CMF hitzeempfindliche Materialien schützen könnte – sei es gefährliche Chemikalien oder Fahrzeuge, die Astronauten durch den Weltraum transportieren.
Anwendungsmöglichkeiten in der Raumfahrt
Zum Thema Raumfahrt enthüllte Rabiei vor zehn Jahren, dass CMF in der Lage ist, verschiedene Formen von Strahlung zu schützen. In einer Studie von 2015, die in der Zeitschrift Radiation Physics and Chemistry veröffentlicht wurde, zeigte ihr Team, dass CMF effektiv Röntgenstrahlen und Gammastrahlen (gefährliche Strahlung im Weltraum) sowie Neutronenstrahlung (die in Kernreaktoren und während nuklearer Explosionen auftritt) blockiert.
„Kurz gesagt, CMFs bieten vielversprechende Anwendungen: von der Weltraumforschung über den Transport von Atommüll, Sprengstoffen und gefährlichen Materialien bis hin zu militärischen und sicherheitstechnischen Anwendungen und sogar Autos, Bussen und Zügen“, sagte Rabiei in der Erklärung zu den ballistischen Tests.
Hier ist noch ein Rätsel für Sie: Was haben Metall-Schaum und die alten Römer gemeinsam? Beide verbesserten frühere Erfindungen und Anwendungen. Während die Römer Erfindungen aus anderen Zivilisationen übernahmen und sie verbesserten, nimmt CMF Anwendungen anderer Materialien und erreicht diese anscheinend mit weniger Gewicht. Es bleibt jedoch abzuwarten, ob die Hersteller davon ebenfalls überzeugt sind.
