DE3800453A1 - Panzerungswerkstoff und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Panzerungswerkstoff, hergestellt durch mechanisches Legieren von zwei oder mehr metallischen kristallinen Komponenten.

Panzerungen für besonders gefährdete Bereiche an Panzerfahrzeugen sind überwiegend als sogenannte Schottpanzerungen aufgebaut. Dabei handelt es sich um eine Reihe von Panzerplatten aus Stählen unterschied­ licher Festigkeit, Härte und Duktilität, die durch Hohlräume voneinander getrennt sind. Je nach dem, ob die Panzerungen primär gegen Wuchtgeschosse oder gegen Hohlladungen und sprenggeformte Projektile ausgelegt sind, ergeben sich für die geometrische Anordnung und die Folge von harten und festen Platten unterschied­ licher Dicke zahlreiche Möglichkeiten des Aufbaus einer Panzerung.

Bei der Abwehr von Hohlladungsgeschossen geht es darum, den Hohlladungsstachel vor der eigentlichen Panzerung so zu beeinflussen, daß er partikuliert oder in seiner Flugbahn abgelenkt wird, so daß er nur in Form von Bruchstücken oder unter einem Winkel auf die zweite Panzerung auftrifft, ohne diese durchdringen zu können.

In ähnlicher Weise wirkt die Schottpanzerung gegen Wuchtgeschosse. In diesem Fall wird versucht, den Penetrator an einer harten Frontplatte zu zerbrechen oder aber ihn an einer festen, zähen Frontplatte so stark zu verformen und ihm soviel Energie zu entziehen, daß die Bruchstücke oder der Restpenetrator von der zweiten Platte aufgehalten werden.

Der dabei auch heute noch überwiegend eingesetzte Panzerungswerkstoff ist Stahl, der in unterschiedlichen Härten und Festigkeiten, als einzelne Platten oder im Verbunden aus verschiedenen Stählen, zum Einsatz kommt.

In dem Bestreben, das Gewicht gepanzerter Fahrzeuge herabzusetzen, die Abmessungen der Panzerungen zu begrenzen und zugleich die Eigenschaften der Panzerun­ gen bezüglich Härte und Druckfestigkeit zu optimieren, kommen auch bereits Werkstoffe mit höherer spezifischer Festigkeit und Härte zum Einsatz. So erweisen sich Keramiken, z.B. Al₂O₃, Si₃N₄, und Gläser in Verbindung mit Stahl als wirksamer gegen Hohlladungen als dickere Stahlplatten für sich allein genommen, da der Hohl­ ladungsstachel in Glas und Keramik engere Krater hervorruft und die Kraterränder auf hintere Bereiche des Hohlladungsstachels einwirken können und diesen zu fragmentieren vermögen. Gegen Wuchtgeschosse zeigen sich Glas und Keramik aufgrund ihres ungünstigen Bruchverhaltens demgegenüber als weniger wirkungsvoll. Allgemein gilt bezüglich Glas und Keramik als Panze­ rungswerkstoff, daß ihre sogenannte Zweitschußsicher­ heit weit geringer ist als die von Stahl. Eine einmalig getroffene oder durchschlagene Keramik(Glas)-Panzerung bietet daher in relativ großer Umgebung des ersten Treffers keinen ausreichenden Schutz mehr gegen weite­ ren Beschuß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Panze­ rungswerkstoff vorzusehen, der eine möglichst große Härte mit einer zugleich möglichst hohen Festigkeit und Duktilität verbindet und der damit gleichermaßen gut als Schutz gegen Hohlladungs- sowie Wuchtgeschosse geeignet ist. Zugleich soll durch die Erfindung ein Verfahren angegeben werden, daß die Herstellung eines derartigen Werkstoffes auch als Formteile oder dicke Beschichtungen ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Panzerungswerkstoff im amorphen Zustand vorliegt.

Die gute Verformbarkeit des erfindungsgemäßen Panze­ rungswerkstoffes bei der unter Beschuß auftretenden kombinierten Belastung von Druck, Biegung und Scherung bei gleichzeitig hoher Fließspannung bewirkt dabei sowohl eine höhere Effektivität der Panzerung als auch eine gute Zweitschußsicherheit.

Die gesteigerte spezifische Festigkeit und Härte erlaubt dabei den Einsatz dickerer Panzerungsquer­ schnitte bei gleichem Gesamtgewicht einer Konstruktion.

Die Lösung der weiteren Aufgabe erfolgt durch ein Ver­ fahren, bei dem das Ausgangsmaterial durch mechanisches Legieren amorphisiert wird, indem es über eine relativ lange Zeitdauer intensiv gemahlen wird. Das so herge­ stellte amorphe Pulver wird dabei in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung anschließend bei einer Temperatur verdichtet, die unterhalb der Kristallisa­ tionstemperatur des Materials liegt. Als besonders geeignet hat sich in diesem Zusammenhang das Explosiv­ verdichten erwiesen. Zur Herstellung von entsprechenden Formteilen für Panzerungszwecke kann der amorphe Werkstoff dabei auch zwischen Platten aus einem geeig­ neten Trägermaterial eingebracht oder als dicke amorphe Beschichtung aufgebracht werden.

Der auf diese Weise hergestellte Panzerungswerkstoff kann dabei einer abschließenden thermischen und/oder mechanischen Behandlung unterzogen werden, wobei die Temperatur ebenfalls unterhalb der Kristallisations­ temperatur gehalten werden muß. Es kann sich hierbei sowohl um ein Lösungsglühen als auch beispielsweise um Hämmern oder Warmwalzen handeln. Als Ausgangsmateria­ lien kommen einerseits Metalle und Metallegierungen und andererseits Gemische vom Typ Metall-Metalliod in Betracht.

Im folgenden soll in einem Beispiel die Herstellung des Panzerungswerkstoffes gemäß der Erfindung näher erläu­ tert werden.

Hierbei werden elementares Titan und Silizium in Pulverform mit einer Teilchengröße von jeweils etwa 60 µ zusammen in einer Kugelmühle mit Stahlkugeln etwa 50 Std. gemahlen. Das Kugel:Mahlgut-Verhältnis beträgt dabei 12:1.

Die beim Mahlen ablaufende Festkörperreaktion, in diesem Fall die Interdiffusion von Titan und Silizium, an den immer wieder neu geschaffenen freien Ober­ flächen, führt zur Amorphisierung des Titan- und Silizium-Pulvers und damit zu einphasig amorphem Titan-Silizid. Das Pulver wird in einen Behälter aus Kupfer oder Weicheisen gefüllt und der Behälter evaku­ iert. Die Kompaktierung des Pulvers zu einem dichten amorphen Werkstoff erfolgt anschlie8end durch Explosiv­ verdichten. Der dabei verwendete Sprengstoff hat eine Detonationsgeschwindigkeit von z.B. 1500 m/s.

Claims (21)

1. Panzerungswerkstoff, hergestellt durch mechanisches Legieren von zwei oder mehr metallischen kristalli­ nen Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff im amorphen Zustand vorliegt.

2. Panzerungswerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff sowohl Metalle als auch Metalloide enthält.

3. Panzerungswerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff wenigstens ein Element aus einer der Gruppen II A (Be-Gruppe) , III B (Sc-Gruppe), IV B (Ti-Gruppe) oder V B (V-Gruppe) des Periodensystems enthält.

4. Panzerungswerkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich wenigstens ein Element der Gruppen VIII B (Fe-,Co-,Ni-Gruppe) oder I B (Cu-Gruppe) des Periodensystems enthalten ist.

5. Panzerungswerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er aus wenigstens der Elemente Titan, Kupfer, Nickel, Eisen, Kobalt, Aluminium, Silizium und Bor besteht.

6. Panzerungswerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff als lose Schüttung zwischen Platten aus einem kristal­ linen Material vorliegt.

7. Panzerungswerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff als Verbund (Schicht-, Faser- oder Teilchen-Verbund) mit einem kristallinen Matrixmaterial vorliegt.

8. Panzerungswerkstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das kristalline Matrixmaterial die gleiche oder eine andere chemische Zusammen­ setzung aufweist wie die amorphe Verbundkomponente.

9. Panzerungswerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff als kompaktes Material vorliegt.

10. Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Komponenten mittels mechanischen Legierens amorphisiert werden.

11. Verfahren zur Herstellung eines Panzerungswerkstof­ fes nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten mittels schnel­ len Abschreckens von Schmelzen amorphisiert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 zur Herstellung eines Werkstoffe nach einem der Ansprüche 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten bereits in Form einer Vorlegierung vorliegen, die anschlie­ ßend amorphisiert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10 zur Herstellung eines Panzerungswerkstoffes nach einem der Ansprüche 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten in Form einer intermetallischen Verbindung vor­ liegen.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Herstellung des amorphen Ausgangsmaterials ein Verdichten erfolgt, wobei die Temperatur unterhalb der Kri­ stallisationstemperatur gehalten wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichten mittels Schockwellenkompaktie­ rung durchgeführt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichten mittels Heißpressen oder heiß­ isostatischem Pressen erfolgt.

17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichten mittels Strangpressen oder Fließpressen erfolgt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend eine thermische Nachbehandlung bei einer Temperatur erfolgt, die unterhalb der Kristallisationstempe­ ratur liegt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische und/oder thermomechanische Nachbehandlung durchge­ führt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbehandlung durch Hämmern erfolgt.

21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbehandlung durch Warmwalzen erfolgt.