Bor karbür (B4C) ve grafen nano partikül (GNP) takviyeli alüminyum (AA7075) matrisli kompozit zırh tasarımı ve balistik özelliklerinin incelenmesi
Design and investigation of ballistic behavior of boron carbide (B4C) and graphene nano particle (GNP) reinforced aluminum matrix composite armor
Yazar: METİN GÜL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYHAN AYTAÇ
Milli Savunma Üniversitesi / Alparslan Savunma Bilimleri ve Milli Güvenlik Enstitüsü / Harp Silah ve Araçları Anabilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies
Dizin: Balistik performans = Ballistic performance ; Bor karbür = Boron carbide ; Kompozit malzemeler = Composite materials ; Metal döküm = Metal casting

Özet:
Bu çalışmada hafif araç zırhı olarak kullanmak üzere tasarlanan, çeşitli oranlarda bor karbür (B4C) ve grafen nano partikül (GNP) içeren alüminyum matrisli kompozit yapıların mekanik ve balistik özellikleri söz konusu zırh sistemlerinde kullanılabilecek en uygun yapının ortaya koyulması açısından deneysel olarak incelenmiştir. Deneysel çalışma kapsamında üretilen monoblok ve hibrit alüminyum matrisli kompozit yapılar, AA7075 alüminyum alaşımına karıştırmalı döküm yöntemi ile hacimce %2,5, %7,5, %15, %22,5 oranında bor karbür (B4C) ve %2,5, %7,5, %15, %22,5 oranlarında B4C ile %0,5 oranında grafen (GNP) ilave edilerek üretilmiştir. Baz AA7075 alaşımı ile %2,5, %7,5, %15, %22,5 oranında B4C takviyeli B4C/AA7075 kompozit yapılarına %0,5 oranında GNP ilave edilmesinin malzemenin sertlik ve balistik dayanımı üzerine etkileri sertlik ölçümü ve STANAG 4569 standartlarına uygun olarak yapılan atış testlerinin sonuçları ile karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir.
Sonuç olarak, %7,5 B4C takviye oranı ile balistik performansın önemli ölçüde arttığı, %15 B4C takviye oranında en yüksek performansın sergilendiği, B4C takviye oranının %15'in üzerine çıktığında ise balistik verimin düşmeye başladığı, ayrıca %0,5 GNP takviyesinin ise bütün numunelerde balistik dayanımı artırdığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
In this study, the mechanical and ballistic behavior of aluminum matrix composite (AMC) structures containing various proportions of boron carbide (B4C) and %0,5 graphene nanoparticles (GNP) designed to be used as light vehicle armors experimentally investigated in order to reveal the most suitable structure to be used in those armor systems. Monoblock B4C/AA7075 AMC with volume fraction of %2,5, %7,5, %15, %22,5 B4C and hybrid GNP/B4C/AA7075 AMC with volume fraction of %0,5 GNP and %2,5, %7,5, %15, %22,5 B4C were produced by stir casting process. The effects of reinforcement of B4C in various ratios and 0,5% GNP to AA7075 alloy on the hardness and ballistic strength of the material were determined in accordance with the hardness measurement and STANAG 4569 standards were analyzed comparatively with the results of the shooting tests.
As a result, ballistic performance increased significantly with 7.5% B4C reinforcement ratio. The highest performance was exhibited at 15% B4C reinforcement ratio. Ballistic efficiency started to decrease when B4C reinforcement ratio exceeded 15%. It was observed that GNP reinforcement with volume of 0.5% increased the ballistic resistance in all samples.