Hochgeschwindigkeitsaufnahme eines kleinen Projektils, das mit 7000 m/s auf eine dünne Aluminiumplatte trifft . Der Aufprall führt zum Zerfall des Projektils und zur Entstehung zahlreicher kleiner Fragmente aus dem Aluminium ( Abplatzungen ). Dies kann geschehen, ohne dass die Platte durchdrungen wird.

Abplatzungen bestehen aus Materialfragmenten, die sich von einem größeren Festkörper lösen . Sie können durch verschiedene Mechanismen entstehen, beispielsweise durch Projektilaufprall , Korrosion , Verwitterung , Kavitation oder übermäßigen Rolldruck (wie bei einem Kugellager ). Sowohl Abplatzen als auch Absplittern beschreiben den Prozess des Oberflächenversagens , bei dem sich Material ablöst.

Absplitterungen, die beim Bearbeiten von Obsidian (etwa durch die Ureinwohner Nordamerikas) zur Herstellung von Pfeilspitzen und anderen Werkzeugen entstehen. Diese einzigartigen Obsidianarten kommen in Glass Buttes , Oregon, vor.

Teilchenphysiker verwenden die Begriffe Spall , Spalling und Spallation ; Neutronenstreuinstrumente erzeugen Neutronen , indem sie ein Uran- (oder anderes) Target mit einem Atomstrom beschießen , und die vom Target emittierten Neutronen werden als „Spall“ bezeichnet. [ 1 ] [ 2 ]

Mechanisches Abplatzen

Mechanisches Abplatzen tritt an Kontaktpunkten mit hoher Spannung auf, beispielsweise in einem Kugellager . Abplatzen ist dem Brinellieren vorzuziehen , bei dem die maximale Scherspannung nicht an der Oberfläche, sondern knapp darunter auftritt und das abgeplatzte Material abschert.

Eine der einfachsten Formen des mechanischen Abplatzens ist der Plattenaufprall, bei dem zwei Kompressionswellen an den freien Oberflächen der Platten reflektiert werden und dann interagieren, um im Inneren einer der Platten einen Bereich hoher Zugspannung zu erzeugen.

Abplatzungen können auch durch Kavitation entstehen . Dabei werden Flüssigkeiten lokal niedrigen Drücken ausgesetzt, die zur Bildung von Dampfblasen führen, typischerweise in Pumpen, Wasserturbinen, Schiffspropellern und unter bestimmten Bedingungen sogar in Rohrleitungen. Wenn solche Blasen kollabieren, kann ein lokal hoher Druck zu Abplatzungen an angrenzenden Oberflächen führen.

Panzerabwehr

Ein Stück Panzerung, das während der Skagerrakschlacht vom „X“-Turm der HMS New Zealand abgerissen wurde, ist im Torpedo Bay Navy Museum in Auckland ausgestellt. Die Bildunterschrift lautet: „Das hier zu sehende Stück Panzerplatte wurde von einer deutschen Granate aus dem X-Turm herausgerissen .“

In der Panzerabwehr ist das Absplittern durch mechanische Belastung eine beabsichtigte Wirkung von HESH - Panzerabwehrgranaten ( High-Explosive Squash Head ) und vielen anderen Munitionstypen, deren Durchschlagskraft möglicherweise nicht ausreicht, um die Panzerung eines Ziels zu durchdringen. Der relativ weiche Gefechtskopf, der aus Kunststoffsprengstoff besteht oder diesen enthält, drückt sich gegen die Panzerplatten von Panzern und anderen gepanzerten Kampffahrzeugen und explodiert. Dabei entsteht eine Stoßwelle , die sich als Kompressionswelle durch die Panzerung ausbreitet und an der freien Oberfläche als Zugwelle reflektiert wird. Diese Zugwelle bricht das Metall im Inneren (Zugspannungsbruch). Die entstehenden Splitter sind gefährlich für Besatzung und Ausrüstung und können zu einer teilweisen oder vollständigen Kampfunfähigkeit des Fahrzeugs und/oder seiner Besatzung führen. Viele gepanzerte Kampffahrzeuge sind zum Schutz mit Splitterschutzschichten in ihrer Panzerung ausgestattet .

Wenn ein kinetischer Energiepenetrator die Panzerung durchdringen kann, verursacht er im Allgemeinen auch Absplitterungen im Ziel, was dazu beiträgt, das Fahrzeug und seine Besatzung zu zerstören oder außer Gefecht zu setzen. [ 3 ]

Ein frühes Beispiel für eine Panzerabwehrwaffe, die absichtlich so konstruiert wurde, dass sie Absplitterungen statt Durchdringungen verursacht, ist das Panzerabwehrgewehr wz. 35 .

Abplatzungen bei mechanischer Verwitterung

Abschuppung eines Dunitblocks​

Abplatzungen sind ein häufiger Mechanismus der Gesteinsverwitterung und treten an der Gesteinsoberfläche auf, wenn unter der Oberfläche hohe Scherspannungen wirken. Diese Form der mechanischen Verwitterung kann durch Frost-Tau-Wechsel , Entlastung, thermische Ausdehnung und Zusammenziehung oder Salzablagerungen verursacht werden.

Entladung

Entlastung bezeichnet die Druckentlastung durch das Abtragen des Deckgebirges. Bei einer raschen Druckreduzierung führt die schnelle Ausdehnung des Gesteins zu hohen Oberflächenspannungen und Abplatzungen.

Frost-Tau-Wechsel

Frostverwitterung entsteht durch das Gefrieren von Feuchtigkeit in Gesteinsrissen. Beim Gefrieren dehnt sich das Wasser aus, wodurch große Kräfte entstehen, die zum Abplatzen von Gesteinsschichten führen. Durch die Wiederholung dieses Zyklus platzt die Oberfläche immer wieder ab, was die Verwitterung zur Folge hat.

Manche Stein- und Mauerwerksoberflächen, die als Bauflächen verwendet werden, nehmen Feuchtigkeit an ihrer Oberfläche auf. Bei starkem Frost kann die Oberfläche aufgrund der Ausdehnung des Wassers abblättern. Dieser Effekt tritt auch bei Terrakotta- Oberflächen auf (selbst bei glasierten), wenn Wasser an den Rändern eindringen kann.

Exfoliation

Granitkuppel-Abblätterung

Die Exfoliation (auch Zwiebelschalenverwitterung genannt) ist die allmähliche Ablösung von Gesteinsschichten durch die zyklischen Temperaturschwankungen der Oberflächenschichten. Da Gesteine ​​Wärme schlecht leiten, erhitzt sich die äußerste Schicht bei extremer Hitzeeinwirkung deutlich stärker als das darunterliegende Gestein, was zu unterschiedlicher Wärmeausdehnung führt . Diese unterschiedliche Ausdehnung verursacht Scherspannungen im Untergrund, die wiederum Abplatzungen zur Folge haben. Auch extreme Temperaturschwankungen, wie sie beispielsweise durch Waldbrände entstehen, können Gesteinsabplatzungen verursachen. Dieser Verwitterungsmechanismus führt dazu, dass die äußere Gesteinsoberfläche in dünnen Fragmenten, Blättern oder Schuppen abfällt – daher der Name Exfoliation oder Zwiebelschalenverwitterung.

Salzabplatzungen

Salzabplatzungen sind eine spezielle Form der Verwitterung, die bei porösen Baustoffen wie Ziegeln, Naturstein, Fliesen und Beton auftritt. Gelöstes Salz wird im Wasser durch das Material transportiert und kristallisiert beim Verdunsten des Wassers nahe der Oberfläche. Durch die Ausdehnung der Salzkristalle entstehen Scherspannungen, die zum Abplatzen von Material von der Oberfläche führen.

Korrosion

Bei Korrosion tritt Abplatzen auf, wenn ein Material ( Metall oder Beton ) im Verlauf der Korrosionsreaktion winzige Partikel von Korrosionsprodukten abgibt. Obwohl diese Korrosionsprodukte weder löslich noch durchlässig sind, haften sie nicht an der Oberfläche des Grundmaterials und bilden keine Barriere gegen weitere Korrosion, wie es bei der Passivierung der Fall ist . Das Abplatzen entsteht durch eine große Volumenänderung während der Reaktion.

Bei Aktiniden (insbesondere dem in manchen Munitionstypen verwendeten abgereicherten Uran ) dehnt sich das Material bei Kontakt mit Luft so stark aus, dass sich eine feine Oxidschicht von der Oberfläche ablöst. Ein langsam oxidierter Pfropfen aus metallischem Uran kann mitunter einer sich abschälenden Zwiebel ähneln . Die größte Gefahr geht jedoch von der Selbstentzündungsgefahr der Aktiniden aus, die sich bei hoher spezifischer Oberfläche spontan entzünden können. Diese Eigenschaft, zusammen mit der inhärenten Toxizität und (in geringerem Maße) der Radioaktivität dieser Elemente, macht ihre Handhabung in metallischer Form an der Luft gefährlich. Daher werden sie häufig unter einer Schutzgasatmosphäre ( Stickstoff oder Argon ) in einer anaeroben Glovebox gehandhabt .

Abplatzungen bei feuerfestem Beton

Es gibt zwei Hauptursachen für das Abplatzen von Beton: thermische Spannungen durch schnelles Erhitzen und innere Drücke infolge der Wasserentnahme. Die Fähigkeit, die Auswirkungen unterschiedlicher Erwärmungsraten auf thermische Spannungen und innere Drücke während der Wasserentnahme vorherzusagen, ist besonders wichtig für die Industrie und andere Betonbauwerke.

Explosive Abplatzungen von feuerfestem Beton können schwerwiegende Probleme verursachen. Bei einer solchen Abplatzung können Geschosse mit einer Masse von 1–10 kg über viele Meter geschleudert werden, was die Sicherheit gefährdet und die feuerfeste Konstruktion unbrauchbar macht. Die erforderlichen Reparaturen verursachen erhebliche Kosten für die Industrie. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

Anatomische Abplatzungen bei Explosionsverletzungen

Der durch Explosionen verursachte Druckwellenüberdruck kann im menschlichen Körper zu Abplatzungen führen, wenn sich die Welle über die Grenzfläche zwischen dichteren und weniger dichten Gewebebereichen ausbreitet. Dies ist beispielsweise an der Grenze zwischen Flüssigkeit und Luft zu beobachten, etwa zwischen der Darmwand und einem gasgefüllten Darm oder zwischen Lungengewebe und Körperhöhlen. Abplatzung, Implosion und Scherung sind die drei Hauptmechanismen, die bekanntermaßen Explosionsverletzungen verursachen . [ 7 ] [ 8 ]

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ L'Annunziata, Michael F. (13. Mai 2016) [2007]. „20.10: Kernreaktionen“. Radioaktivität: Einführung und Geschichte, von den Quanten zu den Quarks (2. Aufl.). Amsterdam: Elsevier. S. 716. ISBN 9780444634962Abgerufen am 25. April 2026. Spallationsreaktionen sind eine weitere Klasse von Kernreaktionen. Spallation tritt auf , wenn ein hochenergetisches geladenes Teilchen, wie beispielsweise ein Proton, auf einen Atomkern trifft. Im Allgemeinen werden bei jeder Spallationsreaktion zahlreiche Neutronen freigesetzt. Dem Nobelpreisträger Glenn T. Seaborg wird die Prägung des Begriffs „nukleare Spallation“ in seiner Doktorarbeit von 1937 zugeschrieben. Er leitet das Wort vom Verb „spall“ ab, was so viel wie absplittern oder zerbröseln bedeutet.
  2. ^ „Statistiken zu beginnendem Abplatzen, Rissverzweigung und Fragmentierung im Abplatzprozess“ . Energy Research Abstracts . 13 (21). Oak Ridge, Tennessee: Technical Information Center, US Department of Energy: 6841. 15. November 1988. ISSN 0160-3604 . Abgerufen am 25. April 2026. Es werden Bedingungen identifiziert, die beginnendes Abplatzen und Rissverzweigung im Abplatzprozess begünstigen. 
  3. ^ „Wie M1-Panzer funktionieren: Sabot“ . 7. Mai 2002.
  4. ^ Lo Monte, Francesco; Felicetti, Roberto; Rossino, Chiara (Februar 2019). „Brandabplatzempfindlichkeit von Hochleistungsbeton in beheizten Platten unter zweiachsiger Druckbelastung“. Materials and Structures . 52 (1) 14. doi : 10.1617/s11527-019-1318-0 . hdl : 11311/1079233 .
  5. ^ Zhang, Peng; Kang, Luoyi; Wang, Juan; Guo, Jinjun; Hu, Shaowei; Ling, Yifeng (28. März 2020). „Mechanische Eigenschaften und explosives Abplatzverhalten von stahlfaserverstärktem Beton unter Hochtemperatureinwirkung – Ein Überblick“ . Applied Sciences . 10 (7): 2324. doi : 10.3390/app10072324 .
  6. ^ Gong, Fang; Jiang, Xi; Gamil, Yaser; Iftikhar, Bawar; Thomas, Blessen Skariah (8. September 2023). „Überblick über das Abplatzverhalten, den Mechanismus, die Restfestigkeit und die Mikrostruktur von faserverstärktem Beton unter hohen Temperaturen“ . Frontiers in Materials . 10 1258195. Bibcode : 2023FrMat..1058195G . doi : 10.3389/fmats.2023.1258195 .
  7. ^ Sasser, Scott M.; Sattin, Richard W.; Hunt, Richard C.; Krohmer, Jon (Januar 2006). „Blast Lung Injury“. Prehospital Emergency Care . 10 (2): 165–172 . doi : 10.1080/10903120500540912 . PMID 16531371 . 
  8. ^ Bukowski, Josh; Nowadly, Craig D.; Schauer, Steven G.; Koyfman, Alex; Long, Brit (August 2023). „Hochrisiko- und seltene Erkrankungen: Explosionsverletzungen“ . The American Journal of Emergency Medicine . 70 : 46–56 . doi : 10.1016/j.ajem.2023.05.003 . PMID 37207597 .