golyóálló mellény Archívum - SECURINFO.hu

A lövedékálló védőmellény rétegeinek elemzése

Nincs hozzászólás

A lövedékálló védőmellény rétegeinek elemzése

A lövedékálló védőmellénynek a ballisztikai kerámia és a traumát mérsékelő rétegeinek elemzése.

 A műszaki kerámiákat nagy tisztaságú alkotókból állítják elő, jellemzőik közül kiemelhető

  • ridegségük,
  • az instabil repedésterjedést előidéző kritikus hibanagyság még a mikro szerkezetet jellemző szemcsék nagyságrendjébe esik,
  • a törést nagyon kicsi vagy semmi maradó alakváltozás sem előzi meg.

 

Ezért a műszaki kerámiák gyártását, ellenőrzését szigorú feltételek mellett kell végezni. Átgondolva a lövedékálló védőmellényekben alkalmazott ballisztikai kerámiákkal

  • Al2O3 alumínium-oxid,
  • B4C bór-karbid,
  • SiC szilícium-karbid

szemben támasztható kulcstulajdonságokat, elmondható, hogy a megfelelőség megfogalmazásához több anyagtani paraméter (kulcstulajdonság) ismerete szükséges, a felhasználók biztonságának szavatolása céljából. Ki kell emelni, hogy a kulcstulajdonságok olyan mérhető és/vagy számítható adatok, paraméterek, amelyek alapvető szerepet játszanak egy adott kiegészítő védőbetét védőképességének megítéléséhez. A kulcstulajdonságokat mértékeik jellemzik, és ezek vannak közvetlen kapcsolatban a szakemberek által befolyásolható paraméterekkel. A kulcstulajdonságok megadása nem tekinthető rendkívüli követelménynek, hiszen a műszaki kerámiákat felhasználóknál ez természetes igény és egyben gyakorlat is. Márpedig a ballisztikai kerámia a műszaki kerámiáknak egyik alcsoportjába, a funkcionális kerámiák közé sorolható.

Kulcstulajdonság

A ballisztikai kerámiát tartalmazó kiegészítő védőbetétek meghatározásához a megfelelési követelmény (kulcstulajdonság) az MSZ szabvány [1] alapján, hogy a védőeszköz minden része feleljen meg a lövedékbehatolással és alakváltozással szemben támasztott követelményeknek mind száraz, mind nedves kondicionálás esetében. A megfelelőséget vizsgálófegyverből, a vizsgálandó anyagra leadott lövések alapján értékelik.

Követendőnek tekinthető az angol lövedékálló védőmellény-szabvány [2], amely már kéri az adatok között megadni a kerámia néhány kulcstulajdonságát és a kiegészítő védőbetét részeit, jelesül:

  • a kerámia típusát
  • a nyílt porozitást/égetett sűrűséget
  • a szemcse méretét/alakját
  • a keménységet
  • a rétegek ragasztó anyagát
  • a rétegszámot (UHMWPE/ aramid stb).

 

A cikk célkitűzései

  • a mintán végzett vizsgálatok alapján bemutatni a ballisztikai kerámia és a traumát mérséklő rétegek szerkezeteit és az egyes részek feladatait
  • javasolni olyan kulcstulajdonságok (törésmechanikai adatok) méréssel történő meghatározását, amelyeknek ismerete (értékelhetősége) szilárdsági korlátként használhatók a felhasználók nagyobb biztonsága érdekében.

 

A ballisztikai kerámia és a a traumát mérsékelő réteg

Szilánkleválás történik a becsapódó lövedék hatására

A kiegészítő védőbetéttel ellátott védőmellénybe becsapódó, nagy energiájú karabély, puska töltény lövedékek átütő erőivel szemben először a ballisztikai kerámia gátló képessége fejti ki hatását a lövedékek által megtett utak mentén. A lövés felöli oldalon lévő ballisztikai kerámia réteg (körülbelül 10,0 mm vastag) a becsapódó lövedék teljes vagy részbeni progresszív fékezését, energiavesztését, roncsolódását, deformálódását, átmérő növekedését okozza.

A kiegészítő védőbetétben alkalmazott monolit (egy darabból készített) ballisztikai kerámia leggyakrabban alumínium-oxid (Al2O3), amely gyártható eltérő alumínium-oxid tartalommal [3]. Továbbá szükséges hangsúlyozni, hogy a ballisztikai kerámia soha nem jelenik meg egykomponensű (tiszta) alakban. Az előzőekben említettekből következik, hogy a mindennapok gyakorlatában törekedni kell arra, hogy lehetőleg szabványokkal is támogatott műszaki követelmények írják elő a testpáncélokban alkalmazható ballisztikai kerámia összetételét, az adalékanyag mennyiségeket, az ajánlatos törésmechanikai értékeket stb.
A ballisztikai kerámiák testpáncélokban való felhasználhatóságát, a nagy energiával becsapódó lövedékek hatásainak csökkentését, kivédését, bizonyos kerámia tulajdonságok (például keménység, törési szilárdság stb.) biztosítják.
Az alumínium-oxid ballisztikai kerámiák előállításához alkalmazott portechnológia egyes fázisait sokféleképpen lehet megvalósítani, ebből kifolyólag az alakadás során kialakuló tulajdonságokat nagymértékben befolyásolja például

  • a granulátum (szemcseszerkezet, szemcseméret-eloszlás, alapanyag tisztaság, porösszetétel),
  • az alkalmazott sajtolónyomás,
  • a sajtolónyomás hatóidő,
  • az adalékanyag-mennyiség,
  • a hőn tartási idő,
  • az égetés hőmérséklete és körülményei,
  • a kemence atmoszféra stb.

 

A lövedékálló védőmellény rétegeinek elemzése
A becsapódott lövedékek hatásaira szilánkok szakadtak ki a ballisztikai kerámia test felöli oldalán (F. Gy. felvétele)

A lövedékálló védőmellény rétegeinek elemzése
A lövés felöli oldalon, a szilánkkiszóródást, a ballisztikai kerámiára ragasztott aramid szövet réteg hívatott akadályozni (F. Gy. felvétele)

A traumát mérsékelő réteg a védőelem rész műgyantával előre átitatott (pre-peg) aramid szövet rétegekből tevődik össze, amely nyomás alatt melegítve alakul ki. Egyes konstrukcióknál a rétegek egyik oldalán polipropilén fólia (CURV) is lehet. Ez a körülbelül 8,0–9,0 mm vastag védőelem rész bizonyos mértékig hajlékony, és ragasztással kötődik a ballisztikai kerámiához. A traumát mérsékelő réteg fő feladata a becsapódó lövedék hatására keletkező „kalapácsütés” (páncél mögötti tompa sérülés – Behind Armour Blunt trauma) mérséklése.

 

A lövedékálló védőmellény rétegeinek elemzése

Traumát mérsékelő réteg : aramid rétegek (sárga szín) között polipropilén fólia (fekete szín) rétegek (F. Gy. felvétele)

 

Ásványos összetétel elemzése röntgendiffrakciós (XRD) módszerrel

A röntgendiffrakciós (XRD) diagnosztika [4] rendkívül kis mennyiségű kerámiamintából képes értékelésre alkalmas adatokat biztosítani. A röntgendiffrakció olyan módszer, amely alkalmas egy olyan diffraktogram létrehozására, amelyben az intenzitás csúcsok vízszintes tengelyen való helyei adják meg az anyagra jellemző értékeket, vagyis a vizsgált anyag minőségét. A módszer segíti a kerámiák ásványos összetételének megismerését, az összehasonlíthatóságukat.
XRD módszerrel elemzett ballisztikai kerámia kulcstulajdonságai: a vizsgált mintában jelen van

  • 88,00 % korund (alfa-Al2O3) rész, mellette
  • 2,00 % spinell rész (ebből 1,43 % Al2O3), amely kémiailag magnézium-alumínium-oxid (MgAl2O4) és
  • 10,00 % kalciumföldpát (anortit) is (ebből 3,39 % Al2O3).

 

Így, az értékelés szerint a minta összesen 92,82 % alumínium-oxid tartalmú. A röntgendiffrakciós felvételen az azonosító reflexiósorozat specifikusan éles és csúcsos reflexiókból tevődik össze, ami alfa Al2O3-re jellemző. Ebből a megállapításból a hevítés hőmérsékletre lehet következtetni, mivel az alumínium-oxid 1200–1300 Celsius-fok hőmérsékleten alakul át alfa Al2O3-á.

Keménységelemzés mikro keménységméréssel (Vickers Hv)

A ballisztikai kerámiák lokális mechanikai tulajdonságának, a mikro keménységének megállapításához mikro Vickers keménységmérő berendezést alkalmaznak, amikor is 136° csúcsszögű, négyzet keresztmetszetű gyémánt gúlát nyomnak meghatározott terhelőerővel és terhelési idővel a próbadarab mikroszkópban kiválasztott felületébe. A mikro Vickers keménység a terhelő erő és a lenyomat felületének hányadosa. A lenyomat felületének meghatározásához a terhelés megszüntetése és a mérőfej kiemelése után a négyzet alakú lenyomat átlóit (d) mérik mikroszkópban. Szükséges megjegyezni, hogy a kerámia alakítható (plastic zone) és a rugalmas (elastic region) tulajdonságai miatt a négyzet alakú lenyomatnak két átló mérete keletkezik, mégpedig: dmax-a terhelés maximumánál, és d0-a terhelés megszüntetése után. A keménység értékének egysége lehet GPa, lehet HV -Vickers (1 GPa = 98,1 HV).
Esetenként megadják a ballisztikai kerámia karcolhatósága alapján megállapítható Mohs-féle keménységi adatot is.


A lövedékálló védőmellény rétegeinek elemzése
Forcipol polírozó gép (F. Gy. felvétele)

Egy konkrét minta vizsgálatánál a kiemelt Al2O3 kerámia próbatestet a méréshez rögzíteni (beágyazni) kell. Ez történhet

  • meleg beágyazással, átlátszó akrilgyantába,
  • nyomás alatt, Hydropress meleg beágyazó berendezésben.

 

A beágyazási műveletet követi a beágyazott minta felületének több lépcsőben, egyre finomabb szemcsenagyságú korongok segítségével történő megmunkálása csiszolással, például kéttárcsás Forcipol polírozó gépen. Az előkészítő munkálatokat követő mikroszkópi vizsgálattal megállapítható a próbatest fázisai, azok mennyiségei-, alakzatai, az alakzatok méretei a minta tükörsima felületén.

 

A lövedékálló védőmellény rétegeinek elemzése

Al2O3 lapka kulcstulajdonságai:
(1) mikroszerkezet (50×)
(2) a1-3 fázis keménységei 9,7 GPa, 8,8 GPa és 8,8 GPa
(3) b1-2 fázis keménységei 13,7 GPa, 15,5 GPa (F. Gy. felvétele)

A Vickers keménység mérése alapján, a benyomódás felhasználható a ballisztikai kerámia egy másik kulcstulajdonságának, a kvázisztatikus repedésterjedéssel szembeni ellenállás (KÍC) mérésére is.

Rugalmassági modulus (Young modulus, E) elemzése

A rugalmassági modulus (E) a ballisztikai kerámia merevségéről nyújt információt. Számítható a nyomó vagy a hajlító igénybevételkor ébredő normál feszültség (σ) hatására bekövetkező fajlagos méretváltozással (ε):

σ = E.ε (GPa)            

összefüggés szerint

Továbbá egy meghatározott hosszúságú ballisztikai kerámia rugalmassági modulusa (E) számítható ultrahang segítségével is azzal, hogy bemérik azt az időt, amely alatt az ultrahang befutja a megadott hosszt.

Weibull modulus (m) elemzése

A Weibull modulus (m) a szilárdság (repedés kialakulásával szembeni ellenállás) egyenletességére jellemző adat és a Weibull statisztikával jellemzik [5] és a 3 vagy 4 pontos módszerrel mérik.

A cikk korlátozott terjedelmére való tekintettel csak megemlítem, hogy a ballisztikai kerámia további kulcstulajdonságait is célszerű elemezni a felhasználók nagyobb biztonsága érdekében, nevezetesen

  • a nyomószilárdságot,
  • az égetett sűrűséget,
  • az elektromos vezetőképességet is.

Összefoglalás

A ballisztikai kerámia és a traumát mérsékelő rétegek kulcstulajdonságainak meghatározása az alkalmazó elemi érdeke, ezért szükséges a rétegek fizikai-és kémiai tulajdonságainak, anyagjellemzőinek (kulcstulajdonságok) ismerete, ellenőrzése.

Eur. Ing. Frank György címzetes docens, SzVMSzK mérnök szakértő (B5, B6), Személy-, Vagyonvédelmi és Magánnyomozói Szakmai Kamara Szakmai Kollégium elnöke

 

Felhasznált irodalom

  • 1. MSZ K 1114-1:1999 szabvány
  • 2. Hosdb Body Armour Standards for UK Police (2007) Part 1: General Requirements. Page 7.
  • 3. Frank György Eur. Ing.: A lövedékálló védőmellény alapanyagai és a degradáció veszélye. A ballisztikai kerámia laboratóriumi vizsgálata. Bolyai Szemle 2009. 3. szám. Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem Bolyai János Hadmérnöki Kar Budapest.
  • 4. Frank György Eur. Ing.: Lövedékálló védőmellényekben alkalmazható ballisztikai kerámia megfelelőségének vizsgálata röntgendiffrakciós (XRD) módszerrel. Bolyai Szemle 2011. 1. szám. Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem Bolyai János Hadmérnöki Kar Budapest.
  • 5. MSZ ENV 843-5. rész. Statisztikai elemzés
 

Kapcsolódó írásaink

 

 

Testpáncélok időszakos vizsgálata kockázatértékeléssel

Nincs hozzászólás

Testpáncélok időszakos vizsgálata kockázatértékeléssel

A lövedékálló védőmellények, más néven testpáncélok vagy golyóálló mellények is öregszenek az idővel, ezért fontos időszakos vizsgálatuk – „In-Service Testing” – kockázatértékeléssel.

A lövedékálló védőmellény esetében műszaki meggondolások alapján, nem jogilag értelmezve, a jótállási vagy garanciaidő alatt, vagy a csereidőnek nevezett időintervallumokban, vagy a mellények műszaki használhatóságának időpontjáig a testpáncélokat gyártónak, forgalmazónak olyan harcászati műszaki követelményeket (HMK) kell garantálni, amelyek biztosítják, hogy az egyéni védőeszközök a viselőjüket megvédik azoktól a kockázatoktól, amelyek ellen tervezték és gyártották. Nem minősíthető rendkívülinek, ha a vevő termékfelelősségi biztosítást is kér a testpáncélokra, a balesetet szenvedett személy javára szólóan a jótállási időre, például a lövedékállóságra vonatkozóan.

A vizsgálat

A testpáncélok, lövedékálló védőmellények használói számára azonban a garancia akkor lehet megnyugtató, ha az megfelelő időszakos vizsgálati módszer – „In-Service Testing” – alkalmazásával, figyelemmel a testpáncélokkal szemben támasztott szigorodó biztonsági követelményekre, a fegyver- és lövedékfejlesztésekre, lehetővé teszi a ballisztikus hatásokat gátló védőanyag pillanatnyi paramétereinek bemérését, az elváltozások kimutatását, az esetleges védőeszközben bekövetkező degradáció nyomon követését. Emlékezzünk a Forest Hills-ben (1, 6) történtekre!

A kanadai Biokinetics and Associates Ltd. témával kapcsolatban már 2007. évben végzett statisztikai felmérést, olyan célcsoportban, ahol tömegesen használtak lövedékálló mellényt. A felméréseiben adott kérdések között szerepelt a következő is: „Jelenleg alkalmaz e valamilyen időszakos vizsgálatot a használt testpáncélok esetében?”

1923-ban, Washingtonban tesztelik a golyóálló mellényt (en.wikipedia.org)

A NIJ (US National Institute of Justice) együttműködve az Electronics and Electrical Engineering Laboratory-val kutatásokat végezett arra vonatkozóan, hogy mesterséges öregítés módszerével, rövid idő alatt, miképpen lehet nyomon követni a testpáncélok védőanyagainak használat közbeni esetleges degradációját?

A jelen írás alapvető célja bemutatni, ajánlani egy olyan módszert, a kockázatértékelést, amelynek segítségével a testpáncélok, lövedékálló védőmellények anyagainak esetleges veszélyes következményekkel járható elváltozásai, időszakosan végzett vizsgálatokkal – „In-Service Testing” –, még időben, felismerhetővé válnak.

Lövedékálló védőmellény kockázatértékelési lap

(Kiegészítő védőbetét nélkül)

Az értékelt lövedékálló védőmellény:

  • a gyártó neve, részletes azonosítása
  • a lövedékek elleni védelmi szint az iránymutató szabvány szerint
  • a modellgyártó művi megnevezése
  • gyártási idő
  • sorszám
  • méret
  • a védőanyag megnevezése
  • a védőanyag gyártási ideje
  • kezelési utasítás
  • figyelmeztető feliratok

Veszélyforrás

Kockázati tényező

Biztonsági követelmények

Degradáció

termikus
fotó
kémiai
nagyenergiájú sugárzás
mechanikus
biológiai

Legalább 5 év garancia a ballisztikus védőanyagokra, a testpáncél kidolgozására és legalább 18 hónap a borítóhuzatra.
Termékbiztosítás (például 10 millió dollár) a garanciális idő alatti teljes lövedékáthatolás esetére.
A megrendelő által meghatározott minták vizsgálata megrendelés előtt.
Évente vizsgálatok a használatban lévő védőmellényeken. (2)

Kényelmetlen a viselés során

Nem megfelelő a kényelem

Megfelelő kialakítása a testpáncélnak és illesztése a felső ruházathoz („pulóver zubbony”)

Viselhetőség (WR) (3)

A
WR = ————–
W × T × S

A = védőeszköz tömege (lbs)
W = védett felület (ft2)
T = vastagság (in)
S = merevség (lb/in)

Kényelem, komfort

Egyesített tényező (CR)

          WR × V50
CR = ————-
         1000

WR = viselhetőség
W50 = ballisztikai limitsebesség

Nagyobb CR jelentése: viselhetőbb, jobban véd

Fonal szakítószilárdsága csökkenése

Teljes lövedékáthatolás

az esetleges fonal szakítószilárdságának csökkenése ellenőrzése

PE-alapú, szálerősítésű kompozit azonosítása diffaktogram alapján

Nem megfelelő a minőség

A megrendelt minőség biztosítása

Ballisztikai védőképesség (m/sec)

Teljes lövedékáthatolás

Testpáncélok időszakos vizsgálata kockázatértékeléssel
σuts = a szál szálirányú szakítószilárdsága
εf = a szál húzó igénybevételénél a megnyúlás romlása
ρ = szálsűrűség
E = a szál feltételezett rugalmassági modulusa változása

Szakítóerő (N)*

  • hosszában
  • szélességben

Szakadási nyúlás (%)*

  • hosszában
  • szélességben

* 50 ±0,5 mm × 200 ±1,0 mm méretű minták (4)

Teljes lövedékáthatolás

A megrendelt minőség biztosítása

Rugalmassági modulus (E)

Testpáncélok időszakos vizsgálata kockázatértékeléssel

σ = húzó- vagy nyomófeszültség
ε = fajlagos nyúlás

A megrendelt minőség biztosítása

Az értékelést a védőeszköz kiválasztásakor, a rendelkezésre álló információk – minősítő bizonyítvány, használati útmutató, elvárt gyakorlata a használatnak, használati tapasztalatok, számítások végzése stb. – alapján kell végrehajtani!

Az értékeléshez ajánlott szimbólumok:

  • megfelelt                                    +
  • nem felelt meg                            o
  • nem vonatkozik az eszközre        x
  • nincs információ                          –

 

 

Testpáncélok időszakos vizsgálata kockázatértékeléssel

Részlet az NIJ (US National Institute of Justice) által kidolgozott védőmellény kockázatértékelési feladatlapból (5)

Eur. Ing. Frank György címzetes docens, SzVMSzK mérnök szakértő (B5, B6), Személy-, Vagyonvédelmi és Magánnyomozói Szakmai Kamara Szakmai Kollégiuma elnöke

Kapcsolódó írásaink

 

Irodalom

  1. Electronics and Electrical Engineering Laboratory: Office of Law Enforcement Standards. Page 2. Gaithersburg, Maryland. January 2007.
  2. Canadian Police Research Centre: Development of an Aged Armour Replacement Protocol. Technical Report TR-06-2008. Page A-1
  3. Eur. Ing. Frank György: Polietilén (PE) kompozit testpáncélok biztonsági őrök számára, Biztonság 2007/1. 25. oldal
  4. M. Fejdys, M. Landwijt, M. H. Struszczyk: Effect of Accelerated Ageing Conditions on then Degradation Process of Dyneema Polyethylene Composites. Fibers & Textles in Eastern Europe 2011. Vol. 19, No. 1 pp 60-65
  5. National Law Enforcement and Corrections Technology Center: Selections and Application Guide to Police Body Armor. NIJ Guide 100-98. P. O. Box 1160, Rockville, October 1998.
  6. Kirk Rice: The Attorney General’s Body Armor Initiative. NIJ. New Orleans, September 27-29, 2004.
Lövedékálló védőmellényekben alkalmazott ballisztikai kerámia azonosítása

Nincs hozzászólás

Lövedékálló védőmellényekben alkalmazott ballisztikai kerámia azonosítása

A szerző kutatásai alapján bemutatja, miként lehet a lövedékálló védőmellényekben alkalmazott ballisztikai kerámiát azonosítani a röntgendiffrakciós (XRD, röntgensugár-elhajlás) módszerrel, az atomsíkok közti rácssíktávolságok alapján.

Amikor ballisztikai kerámiáról beszélünk, akkor gondolhatunk a lövedékálló védőmellényben leggyakrabban használtak közül, például

  • az oxid kerámiák csoportjába tartozó alumínium-oxid (Al2O3) vagy
  • az oxidmentes kerámiák csoportjába tartozó bór-karbid (B4C), vagy
  • a szilicium-karbid (SiC) kerámiákra.

 

A speciális célokra alkalmazottak közül például

  • a szilicium-nitrid (Si3N4) vagy
  • a titánium-di-borid TiB2 vegyületkerámiákra is.

 

A széles választékra való tekintettel a szakemberek mindennapi munkájuk kapcsán olyan feladattal szembesülhetnek, amely során a lövedékálló védőmellényben alkalmazott kiegészítő védőbetét ballisztikai kerámia rétegének azonosítását kell elvégezni.

A fentiekből következően célszerű arra törekedni, hogy lehetőleg szabványokkal is támogatott harcászati műszaki követelmény (HMK) írja elő a testpáncélokban alkalmazható ballisztikai kerámiát és annak ellenőrzésének protokollját. Már csak azért is, mivel az 1/2009. (I. 30.) HM rendelet 13.§ (2) bekezdése szerint: „A rendszeresítésre tervezett hadfelszerelési anyagra, katonai védőeszközre vonatkozó harcászati műszaki követelményt (HMK) az alkalmazó határozza meg.”

Alakra formázott kiegészítő védőbetét monolit ballisztikai kerámia (10 mm), kráterek a test felőli oldalon (Frank György felvétele) – 1. ábra

A kutatásokról
Ez a tanulmány a lövedékálló védőmellényben használt ballisztikai kerámia anyagjellemzőit behatárolni igyekvő kutatásaimnak folytatása. A tanulmány első része megjelent „A lövedékálló védőmellény alapanyagai és a degradáció veszélye. A ballisztikai kerámia laboratóriumi vizsgálata.” címmel (4), a második rész „Lövedékálló védőmellényekben alkalmazható ballisztikai kerámia megfelelőségének vizsgálata röntgendiffrakciós (XRD) módszerrel” címmel (5) jelent meg. Jelen tanulmány csak a testpáncélokban alkalmazható alumínium-oxid ballisztikai kerámia azonosítását mutatja be, XRD módszerrel előállított diffraktogram adataiból számítva, az atomsíkok közti rácstávolságok alapján és egy adatbázis (Powder Diffraction Files) segítségével. Úgy gondolom, hogy a védőanyag típusának egyértelmű meghatározása minden vizsgálatnak a kiindulási pontja, amit jól érzékeltet például a nagyteljesítményű ballisztikai kerámiákat gyártó CeramTec-ETEC GmbH (Németország) alábbi választéka. Nem lehet mellékes a védelem kialakításakor, hogy melyik típust építik be a lövedékálló védőmellénybe (1. táblázat).

 

Alotec 96 SB

Alotec 98 SB

Alotec 99 SB

Alocor 100

Sűrűség [ρ, g/cm3]

    3,75

   3,80

     3,87

> 3,97

Keménység [HV(5), GPa]

12,5

13,5

15

21

1. táblázat

 

Ismeretlen, nagyteljesítményű ballisztikai kerámia azonosítása számítással, XRD módszerrel előállított diffraktogram, az atomsíkok közti rácssíktávolságok alapján 
Mielőtt elmerülünk a részletekben, célszerű minél pontosabban körülírni a röntgendiffrakciós (XRD) diagnosztika lényegét. A röntgendiffrakciós diagnosztika rendkívül kis mennyiségű mintából képes értékelésre alkalmas adatokat biztosítani. A röntgendiffarkció (röntgensugár-elhajlás) olyan méretű kristályok tanulmányozását biztosítja, amelyek nagyságrendekkel az ember által közvetlenül érzékelhetők alatt vannak, ezek a méretek már atomi és molekuláris nagyságrendek. A röntgendiffrakció olyan módszer, amely alkalmas egy olyan diffraktogram létrehozására, amelyben az intenzitás csúcsok vízszintes tengelyen való helyei adják meg az anyagra jellemző értékeket, vagyis a vizsgált anyag minőségét.

Lövedékálló védőmellényekben alkalmazott ballisztikai kerámia azonosítása

Az ismeretlen ballisztikai kerámia diffraktogramja – 2. ábra

A 2. ábrán látható, hogy a csúcsok 10–70 fok tartományban esnek, és a helyeik pontosan meghatározhatók. Így a szögértékekből (θ), a Bragg-egyenlet alapján, számíthatók a hozzájuk tartozó rácssíktávolságok (d).

A Bragg-egyenlet szerint
2d sin θ = n λ, ahol
d = az atomsíkok közti rácssíkok távolsága (Ǻ)
θ = a rácssíkok és a röntgen nyaláb által bezárt szög,
n = természetes szám (1, 2, 3 …),
λ = a diffraktálandó röntgennyaláb hullámhossza (Ǻ)
Alapfeltétel: λ ~ d

A három legerősebb csúcs szögértékeiből, a Bragg-egyenlet alapján számított rácssíktávolságok (1,6085 Ǻ, 2,0880 Ǻ, 2,5683 Ǻ), az adatbázisban (Powder Diffraction Files), az aluminium-oxid értékeit (1,60 Ǻ, 2,09 Ǻ, 2,55 Ǻ) közelítették meg.

2θ

d (Ǻ)

25,8

3,4707

35

2,5683

37,9

2,3928

43,5

2,0880

52,5

1,7471

57,5

1,6085

59,9

1,5503

61,5

1,5197

A csúcsok helyei és a hozzájuk tartozó, Bragg-egyenlet alapján számított atomsíkok közti rácssíktávolságok („ujjnyomok”) – 2. táblázat

Az XRD módszerrel előállított diffraktogram, az atomsíkok közti rácssíktávolságok („ujjnyomok”) alapján végzett számítás alapján megállapítható, hogy az ismeretlen, nagyteljesítményű ballisztikai kerámiaanyaga: alumínium oxid (Al2O3).

Összefoglalás

  • A nagyteljesítményű ballisztikai kerámiák harcászati műszaki követelményeinek (HMK) meghatározásához, a megfelelőségük igazolásához tanácsos az alábbi fizikai és kémiai tulajdonságok, anyagjellemzők ismerete is:
    • a típus XRD alapján,
    • a fázisösszetétel XRD alapján
    • a keménység (Vikers)
    • a szövetszerkezet
  • Időszerű foglalkozni a nagyteljesítményű ballisztikai kerámiák harcászati műszaki követelményeivel (HMK), mivel a kézifegyverek terén minőségi ugrás, átrendeződés várható.

 

Eur. Ing. Frank György címzetes docens, SzVMSzK mérnök szakértő (B5, B6), Személy-, Vagyonvédelmi és Magánnyomozói Szakmai Kamara Szakmai Kollégium elnöke

Irodalomjegyzék

  1. Eur. Ing. Frank György: A lövedékálló mellény használhatósága, a degradáció lehetséges okai. V. International Symposium on Defence Technology. Apr 2008. ZMNE Budapest
  2. Eur. Ing. Frank György: Ballisztikai védőanyagok és laboratóriumi méréseik, „Korszerű ballisztikai anyagok” című nemzetközi konferencia. 2008. november 18. Stefánia Palota. Budapest
  3. Eur. Ing. Frank György 2008. évben elhangzott előadásai a Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetemen és a Rendőrtiszti Főiskolán
  4. Eur. Ing. Frank György: Lövedékálló védőmellény alapanyagai és a degradáció veszélye. A ballisztikai kerámia laboratóriumi vizsgálata, Bolyai Szemle 2009. 3. szám, Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem Bolyai János Hadmérnöki Kar. Budapest
  5. Eur. Ing. Frank György: Lövedékálló védőmellényekben alkalmazható ballisztikai kerámia megfelelőségének vizsgálata röntgendiffrakciós (XRD) módszerrel, Bolyai Szemle 2011. 1. szám, Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem Bolyai János Hadmérnöki Kar. Budapest
  6. Dr. Földi Ferenc mérnök ezredes: Az egyéni lövészfegyverek fejlődése a XX. században és az ezredforduló után, www.zmne.hu/tanszékek/vegyi/docs/fiatkut (2012. 12.)
  7. Prof. Dr. Ungvár Gyula nyá. mk. altábornagy: A fegyverek hatékonyságát meghatározó és befolyásoló konstrukciós, emberi és egyéb külső tényezők, Bolyai Szemle 2010. 1. szám, Budapest

 

Kapcsolódó írásaink
 
 
Lap teteje