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).

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.

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.

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