Espuma Metálica é forte, flexível e absorve impactos
Por Inovação Tecnológica 13/06/2018
A espuma metálica é leve, resiste a deformações, tem baixo coeficiente de expansão termal e até transparência a determinadas ondas, como radar e sonar.
Os materiais celulares, mais conhecidos na forma de espumas metálicas, já têm lugar garantido em aplicações estruturais de alto desempenho.
Esse lugar agora se ampliou com a criação de uma "espuma metálica sintática" que também é flexível.
Espumas sintáticas são materiais compósitos com a estrutura repleta de partículas ocas. O termo sintático significa "colocar junto" as nanopartículas ocas, que resultam em baixa densidade, elevada relação resistência/densidade, baixo coeficiente de expansão termal e até transparência a determinadas ondas, como radar e sonar.
O material, formado por uma espuma metálica recoberta dos dois lados por folhas de fibra de carbono, é extremamente leve, flexível e tem a capacidade de suportar deformações e absorver energia.
Espuma sintática
As espumas metálicas são materiais altamente porosos e resistentes, mas a tecnologia para sua fabricação é um segredo guardado a sete chaves porque é muito difícil controlar o tamanho e o formato dos poros que dão ao material suas propriedades mais interessantes.
Mohammed Omara, da Universidade Nova Iorque, resolveu esse problema usando partículas ocas de óxido de alumínio para prover os poros do material. Como o processo de fabricar as nanopartículas ocas é mais simples, o material compósito é criado exatamente com as características desejadas.
A equipe também conseguiu pela primeira vez fabricar uma espuma metálica sintática na forma de um sanduíche, o que mantém a flexibilidade e a capacidade de absorção de energia no material compósito resultante.
Blindagem de espuma metálica
Coletes e escudos feitos com uma espuma de aço inoxidável poderão bloquear projéteis e estilhaços viajando a até 1.500 metros por segundo (5.400 km/h), ejetados de uma detonação a apenas 45 centímetros de distância.
As espumas metálicas são fabricadas criando um grande número de poros, de diversos tamanhos, no metal base, gerando um material de baixa densidade e, portanto, muito mais leve do que o metal original.
O experimento envolveu disparar um projétil explosivo e incendiário, de 23 x 152 milímetros (mm), em uma placa de alumínio de 2,3 mm de espessura. A 45 centímetros (cm) de distância, foram colocadas placas feitas com a espuma metálica, com 9,5 mm e 16,5 mm de espessura.
Os escudos resistiram à onda de pressão da explosão e detiveram os fragmentos de cobre e aço criados pela própria explosão, bem como o alumínio da placa onde ocorreu a detonação.
Os painéis das duas espessuras bloquearam a onda de choque. A espuma de 16,5 mm bloqueou todos os fragmentos, que mediam de 15 mm2 até mais de 150 mm2. A espuma de 9,5 mm deteve a maioria, mas não todos os fragmentos.
Extrapolando esses resultados, uma chapa de espuma de aço de 10 mm seria suficiente para defender de todos os efeitos da explosão.
"Em resumo, descobrimos que a espuma compósita de aço inoxidável oferece muito mais proteção do que todos os materiais de blindagem existentes, ao mesmo tempo em que reduz o peso notavelmente," disse o professor Afsaneh Rabiei, da Universidade da Carolina do Norte, nos EUA. "Podemos fornecer tanta proteção quanto uma blindagem de aço atual em uma fração do peso - ou fornecer muito mais proteção com o mesmo peso."
Além da proteção de veículos civis e militares, as espumas metálicas são promissoras para uso aeroespacial - já se sabia, por exemplo, que as espumas de metal bloqueiam radiação gama, de nêutrons e raios X.