Silisyum karbür seramik göğüs plakasının farklı malzeme ve yöntemlerle sınırlandırılmasının balistik performansına etkisi
The effect of confinement of silicon carbide ceramic chest plate with different materials and methods on ballistic performance
Yazar: MELEK DUYGU UYKUN EŞKARA
Danışman: PROF. DR. BURHANETTİN İNEM
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Balistik zırhlarda, günümüzde çoğunlukla seramik-kompozit hibrit zırhlar kullanılmaktadır. Burada seramiğin görevi mühimmatı deforme etmek ve kinetik enerjisini düşürmektir. Balistik seramikler, mühimmatları kırabilmeleri için yüksek sertliklere sahiptirler. Yüksek sertlikleri sebebiyle de kırılgan yapıdadırlar. Seramiklerin balistik performansını artırmak amacıyla seramiğin farklı malzemeler ve metotlarla sınırlandırılması literatürde pek çok kişi tarafından çalışılmıştır. Çalışmalarda farklı seramikler, farklı sınırlama malzemeleri ve yöntemleri, farklı mühimmatlar kullanıldığı için ideal bir sınırlama yönteminde uzlaşılamamıştır ancak sınırlandırmanın balistik performansı artırdığı açıkça kabul edilmiştir. Bu çalışmada silisyum karbür göğüs plakasının çoklu atış özelliğini geliştirmek amacıyla farklı yöntemler ve farklı fiber takviyeli kompozitler ile sınırlamalar yapılmış ve balistik performansa etkisi incelenmiştir. Çalışmada karşılaştırılan yöntemler; iplik ve kumaş sarma; gerilimli ve gerilimsiz iplik sarma; sürekli ve süreksiz kumaş sarmadır. Kullanılan takviye çeşitleri; cam elyaf iplik; cam elyaf, karbon, aramid-karbon kumaşlardır. Balistik test sonrası seramiklerin X-ışını görüntüleme sonuçlarından, farklı konfigürasyonlar için kırılma davranışları incelenmiştir. Balistik performanslarını değerlendirmek için yüksek hızlı kamera görüntülerinden, artık mühimmat boyu ve artık kinetik enerji verileri elde edilmiştir. Elde edilen başlıca sonuç; sınırlama sayesinde ilk atış sonrası seramik bütünlüğünün korunduğu ve çoklu atış performansının artırılmasının sağlandığıdır. Tek atış için karbon-aramid hibrit kumaş en iyi sonucu sağlamıştır ve sınırlandırılmamış seramiğe göre mühimmat deformasyonu %33, enerji düşüşü %15 artmıştır. Çoklu atış için sürekli sarılmış kumaşlar en iyi sınırlamayı sağlamıştır ve bunların arasında en iyi malzeme de cam elyaftır. Cam kumaşın sürekli sarılmasıyla, diğer sürekli konfigürasyonlara göre çekirdek deformasyonunda yaklaşık %22, enerji sönümlemede %14 artış tespit edilmiştir. Ek olarak, sınırlamanın çoklu atış performansı üzerindeki etkisinin, tek atış performansı üzerindeki etkisinden daha fazla olduğu bulunmuştur.

Abstract:
At the present time, ceramic-composite hybrid armors are mostly used in ballistic armors. Here, the task of ceramic is to deform the ammunition and reduce its kinetic energy. Ballistic ceramics have high hardness so that they can break ammunition. They are also brittle due to their high hardness. In order to increase the ballistic performance of ceramics, the confinement of ceramics with different materials and methods has been studied by many people in the literature. Since different ceramics, different restraint materials and methods, and different ammunition were used in the studies, an ideal restraint method could not be in agreement; however, confinement is clearly recognized as improving ballistic performance. In this study, limitations were made with different methods and different fiber reinforced composites in order to improve the multi-shot feature of the silicon carbide chest plate and their effect on ballistic performance was investigated. The methods compared in the study, yarn winding with fabric wrapping, tensioned with non-tensioned yarn winding, continuous with discontinuous fabric wrapping. Types of reinforcements used; fiberglass yarn; glass fiber, carbon, aramid-carbon fabrics. From the X-Ray imaging results of the ceramics after the ballistic test, the fracture behavior for different configurations was investigated. Residual ammunition length and residual kinetic energy data were obtained from high-speed camera images to evaluate their ballistic performance. The main result obtained; thanks to the limitation, the ceramic integrity is preserved after the first shot and the multi-shot performance is increased. For single shot, carbon-aramid hybrid fabric provided the best results and ammo deformation increased by 33% and energy drop by 15% compared to unrestricted ceramic. Continuously wound fabrics for multi-shot provided the best confinement, and the best material among them was fiberglass. With continuous wrapping of the glass fabric, approximately 22% increase in core deformation and 14% increase in energy absorption were detected compared to other continuous configurations. It was also found that the effect of confinement on multi-shot performance was greater than the effect on single-shot performance.