Utilization of carbon nanotube reinforced boron carbide ceramics in military armor applications

摘要

Tässä kirjallisuustutkimuksessa on käsitelty sotateknisten suojarakenteiden materiaalinvalintaa nanohiiliputkiseostetun boorikarbidin (B4C) kannalta sekä sen hyödyntämistä Suomen Puolustusvoimissa. Suojarakenteiden ominaisuudet pisteytettiin soveltuvin osin VDI 2221-luokituksen mukaisesti ja niistä muodostettiin vaatimusprofiilit suojarakenteille. Työssä kartoitettiin valmistusmenetelmien ja eri seosaineiden valinnan vaikutukset suojarakenteen materiaaliominaisuuksiin ja niistä muodostettiin parhaiten suojarakenteen vaatimuksiin vastaava kokonaisuus. Suojarakenteilta vaaditaan suojaavuutta erilaisia uhkia vastaan sekä keveyttä, hyviä lujuusominaisuuksia ja pientä tilantarvetta. Tärkeimmät materiaaliominaisuudet suojarakennekeraamille ovat kimmomoduli, tiheys, kovuus, taivutuslujuus ja sitkeys. 3 % CNT-seostuksella voidaan boorikarbidin sitkeyttä nostaa 15 % ja kovuutta 30 %. Yhdessä optimaalisen valmistusmenetelmän ja muiden seosaineiden valinnan kanssa voidaan boorikarbidin ominaisuuksia parantaa huomattavasti suojarakennekäytön kannalta. Tutkituista yhdistelmistä optimaalisimmat materiaaliarvot boorikarbidirakenteelle saavutettiin kipinäplasmasintrauksella, 3 % CNT-pitoisuudella ja zirkonium- sekä alumiinipohjaisella seostuksella yhdessä raekoon pienentämisen kanssa.