Bor karbür ve alümina seramik zırh plakalarının mekanik ve balistik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical and ballistic properties of boron carbide and alumina ceramic armor plates
Yazar: BEYTULLAH AKÇAY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERAP KOÇ
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, zırh yapımında yaygın olarak kullanılan bor karbür (B4C) ve alümina (Al2O3) seramik plakalarına X-ışını difraksiyonu (XRD), X-ışını floresans spektrometresi (XRF) uygulanarak plakaların kristallografik özellikleri, içyapı, içerdiği fazlar, kimyasal bileşim gibi özellikleri belirlenmesi hedeflenmiştir. Bor karbür ve alimüna seramik plakaların elementel kompozisyonlarının belirlenmesi için taramalı elektron mikroskobu (SEM-EDS), yoğunluk, mikro sertlik ve üç nokta eğme testleri uygulanmıştır. Yapılan çalışma sonucunda literatür ile mekanik dayanımları, gözeneklilik ve NIJ-STD0-101.04 standardında P-BFS balistik testi uygulayarak elde edilen mekanik özelliklerin balistik anlamda etkilerini ortaya konulması amaçlanmıştır. B4C ve Al2O3 içeriği homojen bir dağılım göstermekte olup sırası ile yoğunlukları 2,52 g/cm3 ve 3,85 g/cm3 olarak ölçülmüştür. B4C ve Al2O3 numuneleri gevrek kırılma özelliği sergilemekte ve düşük gerilimlerde lineer deformasyon oluşturmaktadır. Elastik özellikler bor karbür içeriğindeki karbon oranına göre değişmektedir. Bor karbür plakanın elastisite modülü 440 GPa olarak elde edilmiştir. B4C ve Al2O3 plakalar, askeri standartlara uygun olarak yapılan balistik   testlerde 4.  seviye tehditlere (hızı bor karbür plakasında 878 m/sn, alümina plakasında 884 m/sn olan 7.62x63 mm M2 AP mermide) karşı travma derinlikleri 28.8 mm ve 34.4 mm olmak üzere NIJ-STD-0101.04 standardı çerçevesinde tam koruma sağlamaktadır. B4C'nin yüksek sertliği nedeniyle Al2O3'e nazaran daha iyi balistik özellik göstereceği beklentisi, malzemenin aşırı gevrek olması nedeniyle mümkün olmamaktadır.

Abstract:
In this study, the most common used materials in the production of the armors, namely boron carbide and alumina ceramic plates, have been planned to be exposed to X ray diffraction (XRD) and X ray fluorescence spectrometry for elemental analysis (XRF) in order to reveal  their crystallographic characteristic features, internal (inner) structure, involved phases, chemical compound/composition. In order to specify elemantal composition of the boron carbide and alumina ceramic plates, scanning electron microscopy coupled with energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS Analysis), density test, micro hardness test and compression test as well have been planned to be utilised. With this study, reviewing the literature which is relevant for the study, the comparison of mechanical endurance of the plates and the specification of ceramic pores, performing P-BFS ballistic test in conformity with the NIJ-STD 0-101.04 standard in order to display the ballistic effects of the mechanical particularities have been aimed. B4C and Al2O3 samples content show a homogeneous distribution and their density is measured as 2.52 g/cm3 and 3.85 g/cm3, respectively. B4C and Al2O3 exhibit brittle fracture and constitute linear deformation at low stresses. Elastic properties change according to the carbon content in boron carbide structure. B4C and Al2O3 plates have trauma depths of 28.8 mm and 34.4 mm (872 m / sec on boron carbide plate, 884 m / sec, 7.62x63 mm M2 AP bullet on alumina plate and) on ballistic tests. Due to the high hardness of B4C, the expectation that it will exhibit better ballistic properties compared to Al2O3 is not possible because the material is excessively brittle.