FI109132B - Use of SHS material as bullet and fragment / burglary material - Google Patents

Use of SHS material as bullet and fragment / burglary material Download PDF

Info

Publication number
FI109132B
FI109132B FI991019A FI991019A FI109132B FI 109132 B FI109132 B FI 109132B FI 991019 A FI991019 A FI 991019A FI 991019 A FI991019 A FI 991019A FI 109132 B FI109132 B FI 109132B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
shs
use according
metallic binder
tic
ceramic
Prior art date
Application number
FI991019A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI991019A0 (en
FI991019A (en
Inventor
Pekka Lintula
Original Assignee
Valtion Teknillinen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FI981978A external-priority patent/FI981978A0/en
Application filed by Valtion Teknillinen filed Critical Valtion Teknillinen
Priority to FI991019A priority Critical patent/FI109132B/en
Publication of FI991019A0 publication Critical patent/FI991019A0/en
Priority to EP99660128A priority patent/EP0987511A3/en
Priority to NO994130A priority patent/NO994130L/en
Priority to EEP199900265A priority patent/EE9900265A/en
Publication of FI991019A publication Critical patent/FI991019A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI109132B publication Critical patent/FI109132B/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C22C1/058Mixtures of metal powder with non-metallic powder by reaction sintering (i.e. gasless reaction starting from a mixture of solid metal compounds)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41HARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00Armour; Armour plates
    • F41H5/02Plate construction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41HARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00Armour; Armour plates
    • F41H5/02Plate construction
    • F41H5/04Plate construction composed of more than one layer
    • F41H5/0414Layered armour containing ceramic material
    • F41H5/0428Ceramic layers in combination with additional layers made of fibres, fabrics or plastics

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

, 109132, 109132

SHS-TEKNIIKALLA VALMISTETUN MATERIAALIN KÄYTTÖ LUOTI-JA SIRPALESUOJAMATERIAALI/MURTOSUOJAMATERIAALINAUSE OF SHS TECHNICAL MATERIALS AS PROTECTION AND FRAGMENT PROTECTION MATERIAL / ANTI-PROTECTION MATERIAL

Keksinnön kohteena on keraamisesta aineesta 5 ja metallisesta sideaineesta SHS-tekniikalla valmistetun materiaalin käyttö luoti- ja sirpalesuojamateriaa-1i/murto-suoj amateriaalina.The invention relates to the use of a material made of ceramic material 5 and metallic binder by SHS as bullet and fragment protection material / 1 / protection material.

Suojarakenteissa käytettävien materiaalien on kyettävä pysäyttämään erilaisia sirpaleita ja luoteja. 10 Lisäksi suojarakenne itsessään ei saa muodostaa vaarallisia sirpaleita tai ainakin ne on luotettavasti pysäytettävä muilla rakenteilla. Murtosuojamateriaa-leilta vaadittavat materiaaliominaisuudet ovat paljolti samat kuin luoti- ja sirpalesuojamateriaalien. Ma-15 teriaalien suuri kovuus on välttämätön, jotta materiaali ei ole työstettävissä esim. täyskovametallisilla porilla tai kulmahiomakoneen laikalla. Materiaalin sulamispisteen on oltava korkea, jotta esim. polttoleik-kaus olisi vaikeata. Edelleen materiaalin tulee olla 20 riittävän sitkeätä, jotta se ei murentuisi esim. hak- ·'. kaarnalla tai pilkkaamalla. Suojarakenteen suunnittelu iii<; edellyttää materiaalin kovuus- ja sitkeysominaisuuksi- ... en sekä kokonaisrakenteen optimointia kuhunkin käyttö- tarkoitukseen ja kutakin uhkakuvaa, kuten luotityyppi, *·’ ‘ 25 kaliiperi jne. vastaan.The materials used in the protective structures must be capable of stopping various fragments and bullets. 10 Furthermore, the protective structure itself must not form dangerous fragments or at least be reliably stopped by other structures. The material properties required for burglary protection materials are much the same as those for bullet and fragment protection materials. The high hardness of the Ma-15 materials is necessary to prevent the material from being machined with, for example, a full-carbide drill or an angle grinder blade. The melting point of the material must be high in order, for example, to make it difficult to burn. Further, the material should be 20 tough enough not to crumble e.g. bark or mock. Design of protective structure iii <; requires optimization of the material's hardness and toughness properties ... as well as the overall structure for each application and against each threat such as bullet type, * · '' 25 caliber, etc.

Hakemuksessa tarkoitetaan termillä suojamate-riaali luoti- ja sirpalesuojamateriaalia/murtosuoja-• : materiaalia.In the application, the term "protective material" refers to bullet and fragment protection / burglary: material.

.*]·_ Entuudestaan tunnetaan teräksiin pohjautuvien 30 materiaalien ja ns. pehmeisiin materiaaleihin, kuten aramidikankaisiin tai niistä laminoituihin koviin ;· laattoihin perustuvien materiaalien käyttö suojamate- ·;··· riaalina.*] · _ Formerly known as steel-based materials and so-called. · use of soft materials such as aramid fabrics or hard laminates thereof; · use of tiles as a protective material.

Nämä nykyisin käytössä olevat suojarakenteet 35 ja -materiaalit on suunniteltu lähes poikkeuksetta tavanomaisia lyijyluoteja vastaan tai korkeintaan te-räsytimisiä panssariluoteja vastaan (AP-luodit Armor 109132These currently used protective structures 35 and materials are designed almost invariably against conventional lead bullets or at most steel-core armor bullets (AP Bullets Armor 109132

Piercing). Em. suojarakenteet ja -materiaalit eivät pysty pysäyttämään nykyaikaisia kovametalliytirnisiä AP-luoteja, joiden läpäisykyky perinteisiin panssari-luot eihin verrattuna on noin kaksinkertainen ja lyijy-5 luoteihin verrattuna kolminkertainen, kuin hyvin paksuina kerroksina. Ongelmana paksuissa kerroksissa on niiden suuri paino.Piercing). Em. protective structures and materials are unable to stop modern carbide-barreled AP bullets, which have a permeability approximately double that of conventional armor bullets and three times that of lead-5 bullets, as in very thick layers. The problem with thick layers is their high weight.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat.The object of the invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks.

10 Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin kova ja sitkeä suojamateriaali. Lisäksi keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin kevyt ja helposti eri muotoisiksi ja kokoisiksi kappaleiksi valmistettava suoj amateriaali.In particular, it is an object of the invention to provide a hard and tough ductile protective material. It is a further object of the invention to provide lightweight and easily made protective material in various shapes and sizes.

15 Keksinnölle on tunnusomaista se, mitä on esi tetty patenttivaatimuksessa 1.The invention is characterized in what is set forth in claim 1.

Keksintö perustuu suoritettuun tutkimustyöhön, jossa tutkittiin SHS (Self-Propagating High-·;·. Temperature Synthesis) -tekniikalla valmistettuja ko- 20 vametallityyppisiä komposiittimateriaaleja ja jossa havaittiin, että ne soveltuvat ominaisuuksiltaan erin-··' omaisesti suojamateriaaleiksi.The invention is based on research work carried out on self-propagating High Temperature Synthesis (SHS) hard metal type composite materials, which have been found to have excellent properties as protective materials.

’ ‘ Keksinnön mukaisesti käytettävä SHS- ,· : tekniikalla valmistettu suojamateriaali perustuu ke- : : : 25 raamiseen aineeseen ja metalliseen sideaineeseen. SHS- tekniikalla valmistettu suojamateriaali on kovametal- : lityyppinen komposiittimateriaali, joka sisältää kovia * · keraamipartikkeleita sekä niitä sitovaa metallista sideainetta. Keraaminen aine voi olla titaanikarbidi : 30 TiC, titaaniboridi TiB, titaanidiboridi TiB2 ja/tai titaanikarbidi-alumiinioksidi TiC-Al203. Tavallisesti keraaminen aine on titaanikarbidi TiC tai titaanikar-bidi-alumiinioksidi TiC-Al203.The protective material produced by the SHS, ·: technology used in accordance with the invention is based on a frame: and: metallic binder. The SHS technology is a carbide type composite material containing hard * · ceramic particles and a metal bonding agent. The ceramic material may be titanium carbide: 30 TiC, titanium boride TiB, titanium diboride TiB2 and / or titanium carbide alumina TiC-Al 2 O 3. Usually, the ceramic material is titanium carbide TiC or titanium carbide alumina TiC-Al 2 O 3.

Metallinen sideaine voi olla mikä tahansa 35 sitkeä metalli. Tavallisesti metallinen sideaine on konstruktiomateriaalikäyttöön soveltuva 4., 5., 6., 8., 9., 10., 11. ja/tai 12. sivuryhmän metalli, 1., 2.The metallic binder may be any of the 35 tough metals. Usually, the metallic binder is a metal of the 4th, 5th, 6th, 8th, 9th, 10th, 11th and / or 12th side, 1, 2, suitable for use in construction materials.

3 109132 ja/tai 13. pääryhmän metalli ja/tai näiden seos ja/tai yhdiste, kuten titaani Ti, zirkonium Zr, niobium Nb, kromi Cr, molybdeeni Mo, rauta Fe, koboltti Co, nikkeli Ni, kupari Cu, sinkki Zn, litium Li, beryllium Be, 5 magnesium Mg ja/tai alumiini Ai ja/tai näiden seos ja/tai yhdiste. Metallisena sideaineena käytetään edullisesti kromia, kobolttia, molybdeeniä, rautaa, nikkeliä, alumiinia ja/tai näiden seoksia ja/tai yhdisteitä.3,109,132 and / or metal of the main group 13 and / or an alloy and / or compound thereof such as titanium Ti, zirconium Zr, niobium Nb, chromium Cr, molybdenum Mo, iron Fe, cobalt Co, nickel Ni, copper Cu, zinc Zn, lithium Li, beryllium Be, magnesium Mg and / or aluminum Al and / or a mixture and / or compound thereof. The metal binder is preferably chromium, cobalt, molybdenum, iron, nickel, aluminum and / or alloys and / or compounds thereof.

10 Keksinnössä termillä SHS-kovametalli tarkoi tetaan SHS-tekniikalla valmistettua suojamateriaalia, joka perustuu titaanikarbidiin TiC, titaaniboridiin TiB, titaanidiboridiin TiB2 ja/tai titaanikarbidi-alumiinioksidiin TiC-Al203 ja metalliseen sideainee-15 seen.In the invention, the term SHS carbide refers to a shielding material made by SHS technology based on titanium carbide TiC, titanium boride TiB, titanium diboride TiB2 and / or titanium carbide alumina TiC-Al 2 O 3 and a metallic binder.

SHS-tekniikalla valmistetun suojamateriaalin koostumus valitaan sekä käyttöominaisuuksien että hinnan mukaan. Käyttöominaisuuksiin vaikuttavat tarvitta-·;·_ va suojauskyky, eli kovuus ja sitkeys, paino, viimeis- 20 teltävyys jne. ja hintaan suojamateriaalin ja rakenteen kustannukset. Kova, sitkeä ja kevyt suojamateri-aali on esim. TiC-Ni-pohjainen SHS-kovametalli. Kevyitä materiaaleja ovat myös SHS-kovametallit, joissa ke-: · raamina on titaanikarbidi-alumiinioksidi, esim. TiC- : : : 25 Al203-Al- tai TiC-Al203-Fe-pohjaiset kovametallit. Vii meksi mainitut ovat myös hinnaltaan edullisia, sillä : niiden valmistuksessa voidaan käyttää edullisia lähtö- I · aineita, kuten maalipigmenttiä Ti02, hiilipölyä, alumiinia ja/tai rautajauhetta.The composition of the shielding material produced by SHS technology is selected according to both performance and price. The performance properties are affected by the required protective capacity, ie hardness and toughness, weight, finish, etc., and by the cost of the protective material and structure. Hard, tough and lightweight protective material is, for example, TiC-Ni-based SHS carbide. Lightweight materials include SHS carbides, which are: · framed by titanium carbide alumina, e.g. TiC-:: 25 Al 2 O 3 -Al or TiC-Al 2 O 3 -based carbides. The latter are also inexpensive in that they can be made using inexpensive starting materials such as paint pigment TiO 2, carbon dust, aluminum and / or iron powder.

: 30 Eräässä sovellutuksessa keksinnön mukainen suoj amateriaali on TiC-Ni-pohjainen SHS-kovametalli, esim. TiC-NiMo- ja/tai TiC-CoNi-pohjainen SHS-kovametalli.In one embodiment, the shielding material according to the invention is a TiS-Ni-based SHS-carbide, e.g. TiC-NiMo and / or a TiC-CoNi-based SHS-carbide.

Eräässä toisessa sovellutuksessa keksinnön 35 mukainen suoj amateriaali on TiC-Al203-pohj ainen SHS-kovametalli, esim. TiC-Al203-Al- tai TiC-Al203-Fe-pohjainen SHS-kovametalli.In another embodiment, the shielding material according to the invention 35 is a TiS-Al 2 O 3-based SHS carbide, e.g., a TiC-Al 2 O 3 -Al or TiC-Al 2 O 3-Fe-based SHS carbide.

4 1091324,109,132

Sideaineen pitoisuus suojamateriaalissa on välillä 1-60 p-% käyttötarkoituksesta riippuen. Suo-jamateriaalit, joiden sideainepitoisuus on pieni ovat kovempia ja niiden murtumissitkeys on pienempi kuin 5 materiaalien, joiden sideainepitoisuus on suuri. Sideaineen pitoisuus on tavallisesti 15 - 50 p-%, edulli-j sesti 20 - 40 p-%.The concentration of binder in the protective material is between 1 and 60% by weight, depending on the intended use. Protective materials with low binder content are harder and have less fracture toughness than high binder materials. The concentration of the binder is usually from 15 to 50% by weight, preferably from 20 to 40% by weight.

SHS-menetelmä perustuu erittäin eksotermiseen reaktioon, jossa raaka-ainejauheet reagoivat keske-10 nään, kun reaktio on sytytetty jostain kohdasta esimerkiksi sähkövastuksen tai hitsausliekin avulla. Reaktion eteneminen sytytyksen jälkeen ei vaadi ulkoista energiaa. Reaktiossa syntyy hetkellisesti erittäin korkea lämpötila, jolloin useimmat metallit ja osa ke-15 raameista on sulassa tilassa. Reagoineesta seoksesta saadaan tiivis kappale, kun seos puristetaan muottiin sen ollessa vielä kuuma ja plastisessa tilassa. SHS-menetelmässä ei tarvita erillisiä muodonanto- ja sint-... rausvaiheita. Menetelmällä on mahdollista valmistaa ‘ _ 20 halutun muotoisia ja kokoisia kappaleita, esim. kaare via ja monimutkaisen muotoisia. Lisäksi menetelmässä on mahdollista käyttää raaka-aineina edullisia ja helposti saatavissa olevia kaupallisia jauheita. SHS-: : menetelmää on kuvattu esim. julkaisussa Lintula P. ja : 25 Ruuskanen P., Wear and Corrosion Resistant Metal Mat rix Composites Produced by Self-Propagating High-: Temperature Synthesis (SHS) , Proceedings of the 5th Eu- ./ ropean conference on Advanced Materials and Processes / and Applications, vol. 1, s. 347-350, 1997.The SHS method is based on a highly exothermic reaction in which the raw material powders react intermittently when the reaction is ignited at some point, for example by an electric resistance or a welding flame. The reaction proceeds after ignition does not require external energy. The reaction generates an extremely high temperature momentarily, whereby most metals and some of the ke-15 frames are in a molten state. The reacted mixture becomes a dense piece when the mixture is pressed into a mold while it is still hot and in a plastic state. The SHS method does not require separate formatting and Sint ... rendering steps. The method makes it possible to produce 20 pieces of the desired shape and size, e.g., arc and complex shapes. In addition, it is possible to use inexpensive commercially available commercial powders as starting materials. SHS-: The method is described, for example, in Lintula P. and: Ruuskanen P., Wear and Corrosion Resistant Metal Matrix Composites Produced by Self-Propagating High-: Temperature Synthesis (SHS), Proceedings of the 5th Eu-. ropean conference on Advanced Materials and Processes / Applications, Vol. 1, pp. 347-350, 1997.

V 30 SHS-tekniikalla valmistettuja suojamateriaa- : lia voidaan käyttää ns. gradienttirakenteissa ja ker- rosrakenteissa. Gradienttirakenteissa ja kerrosraken-teissa suojamateriaalin koostumus ja kovuus vaihtele-vat rakenteen paksuuden funktiona.V 30 Shielding material produced using SHS technology can be used for so-called "shielding". gradient structures and sandwich structures. In gradient structures and sandwich structures, the composition and hardness of the shielding material vary as a function of the thickness of the structure.

35 Gradienttirakenteessa kovuus vaihtelee suoja- materiaalin paksuuden funktiona ilman terävää rajapin- 5 109132 taa. Materiaalin kovuuden muutos saadaan aikaan muuttamalla metallisen sideaineen pitoisuutta.35 In a gradient structure, the hardness varies as a function of the thickness of the barrier material without a sharp border. The change in hardness of the material is achieved by changing the concentration of the metallic binder.

Eräässä sovellutuksessa suojamateriaali valitaan siten, että materiaalin kovuus pinnalla on erit-5 täin suuri ja materiaali muuttuu taustaa kohden sitke-ämmäksi, so. suojamateriaalin sideainepitoisuus on pinnalla pieni ja se kasvaa syvyyden kasvaessa. Gra-dienttirakenteita valmistetaan edullisesti TiC-Ni-pohjaisista SHS-kovametalliyhdistelmistä.In one embodiment, the shielding material is selected such that the surface hardness of the material is extremely high and the material becomes more viscous to the background, i.e.. the binder content of the shielding material is low on the surface and increases with depth. Gradient structures are preferably made from TiC-Ni based SHS carbide combinations.

10 Kerrosrakenne muodostuu erilaisista suojama teriaalin kerroksista. Erilaiset kerrokset muodostetaan suojamateriaaleista, joiden metallisen sideaineen ja/tai keraamisen aineen koostumus vaihtelee.10 The layer structure consists of different layers of protected material. The various layers are formed of protective materials having varying compositions of metallic binder and / or ceramic.

Eräässä sovellutuksessa materiaalin pinnassa 15 on erittäin kova pintakerros, esim. TiC-Ni-pohjainen SHS-kovametalli, ja taustamateriaali on kevyempää TiC-Al203-pohjaista SHS-kovametallia, esim. SHS- kovametallia, jossa metallisena sideaineena on rautaa tai alumiinia.In one embodiment, the material surface 15 has a very hard surface layer, e.g. TiC-Ni-based SHS carbide, and the backing material is a lighter TiC-Al 2 O 3-based SHS carbide, e.g. SHS carbide with iron or aluminum as metallic binder.

' t 20 Sovellutuksilla, jossa gradientti- ja kerros- rakenteilla aikaansaadaan pintaan erittäin kova kerros, pystytään murskaamaan, deformoimaan tai poikkeut-| tamaan suunnastaan myös luodin kova me tai linen ydin ja : : täten tuhoamaan sen tunkeutumiskyky. Sitkeämpi kevyt 25 taustarakenne pysäyttää pintakerroksesta irronneet sirpaleet ja kovametalliytimen jäänteet.'t 20 Applications where gradient and layer structures provide a very hard layer to the surface are capable of crushing, deforming or deflecting | to its direction also the hard core or bullet core of the bullet and: thus destroying its penetration ability. The tougher lightweight 25 backbone stops fragments from the surface layer and remnants of the carbide core.

. ; Keksinnön mukaisesti käytettävä SHS- < · tekniikalla valmistettu suojamateriaali voidaan kiinnittää erilaisiin suojamateriaaleihin ja/tai -raken-\· 30 teisiin, kuten muihin SHS-kovametalleihin, keraamei- : hin, metallilevyihin, sirpalepaneeleihin, kuitukompo- siittirakenteisiin, kuten aramidikankaisiin ja poly-meerikuitukankaisiin esim. polyeteeniin ja/tai muihin vastaaviin materiaaleihin ja/tai rakenteisiin. Yhdis-35 tämällä SHS-kovametalleja muihin SHS-kovametalleihin ja muihin suojamateriaaleihin saadaan aikaan kokonais- 6 109132 rakenteita, joiden materiaalit täyttävät hyvin suojarakenteissa käytettävien materiaalien vaatimukset.. ; The shielding material produced by the SHS technology according to the invention may be attached to various shielding materials and / or structures such as other SHS carbides, ceramics, metal sheets, fragmentation panels, fiber composite structures such as aramid fabrics and polymeric fibers. e.g. polyethylene and / or other similar materials and / or structures. By combining SHS carbides with other SHS carbides and other protective materials, a total of 6,109,132 structures are obtained, the materials of which meet well the requirements of the materials used in the protective structures.

SHS-tekniikalla valmistetun suojamateriaalin etuna on sen kovuus ja sitkeys. Lisäksi näiden ominai-5 suuksien sekä materiaalista muodostettavan kokonaisrakenteen muunneltavuus ja optimointi erilaisiin käyttötarkoituksiin ja erilaisia uhkia vastaan on helppoa. Edelleen keksintö mahdollistaa huomattavan painon säästön suojarakenteissa, sillä kovaa ja sitkeää suo-10 jamateriaalia ei tarvita niin suuria paksuuksia kuin tunnettuja materiaaleja. Erityisesti kovametalliytimi-siä luoteja vastaan keksinnön mukaisilla materiaaleilla saavutetaan merkittävä painon säästö. Edelleen keksinnön ansiosta halutun muotoisten ja kokoisten kappa-15 leiden valmistus kuhunkin käyttötarkoitukseen on helppoa. Lisäksi keksinnön etuna on taloudellisuus, koska suoja-materiaalin valmistuksessa SHS-tekniikalla ei tarvita erillisiä muodonanto- ja sintrausvaiheita. Li-... säksi raaka-aineet ovat edullisia ja helposti saata- ' . 20 vissa olevia kaupallisia jauheita.The SHS protection material has the advantage of its hardness and toughness. In addition, it is easy to modify and optimize these properties, as well as the overall structure of the material, for different applications and threats. Furthermore, the invention enables significant weight savings in protective structures, since hard and tough duct material is not required to be as thick as known materials. Particularly against carbide-core bullets, the materials of the invention achieve significant weight savings. Furthermore, the invention makes it easy to produce kappa-15 bridges of the desired shape and size for each application. Further, the invention has the advantage of being economical, since the production of the shielding material by the SHS technique does not require separate forming and sintering steps. In addition, the raw materials are inexpensive and readily available. 20 commercial powders.

Seuraavassa keksintöä kuvataan yksityiskoh-taisemmin esimerkkien avulla viitaten oheiseen kuvaan, *"·’ jossa : : kuva 1 esittää SHS-tekniikalla valmistettujen : 25 TiC-pohjaisten kovametallien kovuuksia ja sitkeyksiä, ja : kuva 2 esittää SHS-tekniikalla valmistetun I | · > TiC-pohjaisen kovametallin ja kaupallisten keraamien ;* sitkeysarvoj a.In the following, the invention will be described in more detail by way of example with reference to the accompanying drawing, wherein: "Figure 1 shows the hardness and toughness of SHS-based carbides, and: Figure 2 shows the SHS-produced I | -based carbides and commercial ceramics; * toughness values.

, 30 Esimerkki 1, 30 Example 1

Kokeessa tutkittiin metallisen sideaineen koostumuksen ja pitoisuuden vaikutusta SHS-tekniikalla valmistettujen TiC-pohjaisten kovametallien kovuuksiin ja sitkeyksiin. Kovuus mitattiin Vickers-kovuutena 1 35 kg painolla (HVI) ja sitkeys mitattiin IF (IndentationThe effect of the composition and concentration of the metallic binder on the hardness and toughness of TiS-based carbides produced by SHS was investigated. Hardness was measured as Vickers hardness at 1 35 kg (HVI) and toughness was measured at IF (Indentation

Fracture) - menetelmällä. Kokeessa käytettiin metallisena sideaineena nikkelin ja molybdeenin seosta eri 7 109132 sideainepitoisuuksilla sekä koboltin, kromin ja nikkelin seosta. Tulokset on esitetty kuvassa 1.Fracture). The metal binder used in the experiment was a mixture of nickel and molybdenum at various binder concentrations and a mixture of cobalt, chromium and nickel. The results are shown in Figure 1.

Kuten kuvasta 1 nähdään TiC-NiMo SHS-kovametalli, jonka sideainepitoisuus on pienempi, on 5 kovempi ja sen murtumissitkeys on pienempi kuin vastaavan suuremman sideainepitoisuuden omaavan TiC-NiMo-pohjaisen SHS-kovametallin.As shown in Figure 1, the TiC-NiMo SHS carbide with a lower binder content is 5 harder and has a lower fracture toughness than the corresponding higher TiC-NiMo-based SHS carbide.

Kuvassa 2 on esitetty SHS-tekniikalla valmistetun TiC-NiMo-pohjaisen kovametallin ja kaupallisten 10 keraamien sitkeysarvoja. Pylvään tumma osa kuvaa vaihtelua eri koostumuspitoisuuden tai valmistajan välillä. Keraamien sitkeysarvot on kerätty kaupallisista esitteistä.Figure 2 shows the toughness values of TiC-NiMo-based hard metal produced by SHS and commercial ceramics. The dark part of the column represents the variation between different composition concentrations or manufacturer. Ceramic toughness values are collected from commercial brochures.

Kuvasta 2 nähdään, että TiC-NiMo-pohjaisen 15 SHS-kovametallin murtumissitkeys on suurempi kuin kaupallisten keraamien murtumissitkeys.Figure 2 shows that the TiC-NiMo-based 15 SHS hard metal has a higher fracture toughness than commercial ceramics.

Esimerkki 2Example 2

Koeammunnoissa tutkittiin TiC-Ni- ja TiC-Al203-Fe- pohjaisten SHS-kovametallien (=SHS-20 materiaali) ja niistä muodostettujen yhdistelmäraken-teiden ominaisuuksia luoti- ja sirpalesuojamateriaali-na sekä verrattiin niitä panssariteräksen ominaisuuk-siin. Kokeessa käytettiin i · a) kovametalliytimistä 7.62x51 AP-luotia Carl- ; 25 Gustaf, jonka läpäisykyky on suurin 7.62 rynnäk kökiväärin patruunoista, . , : b) vastaavaa kovametalliytimistä 7.62x39 kaliiperin . / luotia (AP 411), ja c) P-80 7.62x51 teräsytimistä panssariluotia.Experiments investigated the properties of TiC-Ni- and TiC-Al 2 O 3 -Fe-based SHS carbides (= SHS-20 material) and composite structures thereof as bullet and shield material and compared them with the properties of armored steel. In the experiment, i · a) Carbide 7.62x51 AP bullet Carl- was used; 25 Gustaf, which has the highest permeability of 7.62 assault rifle cartridges,. ,: b) 7.62x39 caliber of the corresponding carbide cores. / bullet (AP 411), and (c) P-80 7.62x51 steel-core armor bullet.

* V 30 Kohdan a) luoti pysäytettiin rakenteella, jonka neliöpaino on 84 kg/m2 (SHS-materiaali 38,6 + Fe 46,8 kg/m2) . 470 HB panssariterästä olisi tarvittu 195 kg/m2.* V 30 The bullet of a) was stopped with a structure of 84 kg / m 2 (38.6 + Fe 46.8 kg / m 2 SHS material). 470 HB armor steel would have been needed at 195 kg / m2.

Kohdan b) luoti pysäytettiin rakenteella, 35 jonka neliöpaino on 45 kg/m2 (SHS-materiaali 37,2 + Ai 8,1 kg/m2) ja rakenteella, jossa aramidikangaspakan (2x21 kerrosta, 9,2 kg/m2) päällä oli 54 kg/m2 SHS- 8 109132 materiaali. 470 HB panssariterästä olisi tarvittu 119 kg/m2.The bullet at (b) was stopped with a structure 35 of 45 kg / m 2 (SHS material 37.2 + Ai 8.1 kg / m 2) and a structure with 54 aramid fabric packs (2x21 layers, 9.2 kg / m 2). kg / m2 SHS-8 109132 material. 470 HB of armored steel would have been needed at 119 kg / m2.

Kohdan c) luoti pysäytettiin rakenteella, jossa 6,0 mm paksu SHS-kiekko oli panssariteräksen 5 (500HB) päällä, neliöpaino on 31 + 47 = 78 kg/m2, ja rakenteella, jossa aramidikangaspakan (2x21 kerrosta, 9,2 kg/m2) päällä oli 31 kg/m2 SHS-materiaali. Ensimmäisellä rakenteella tausta pullistui vain 0,5 mm, joten luoti olisi pysähtynyt huomattavasti kevyemmällä 10 rakenteella.The bullet of c) was stopped with a structure with a 6.0 mm thick SHS wafer on armor steel 5 (500HB), a basis weight of 31 + 47 = 78 kg / m2, and a structure with an aramid fabric pack (2x21 layers, 9.2 kg / m2). ) on top of 31 kg / m2 SHS material. With the first structure, the bulging was only 0.5 mm, so the bullet would have stopped at a much lighter 10 structure.

Kevyt TiC-Al203-Fe- pohjainen SHS-kovametalli soveltui myös hyvin teräsytimisten panssariluotien ja normaalien lyijyluotien luoti- ja sirpalesuojamateri-aaliksi.The lightweight TiC-Al203-Fe-based SHS carbide is also well suited as a bullet and shield material for steel-core armor and normal lead bullets.

1515

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä sovellutusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaati-musten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puit- ' 20 teissä.The invention is not limited to the above embodiments only, but many modifications are possible within the scope of the inventive idea defined by the claims.

’ » · * : ·'»· *: ·

* t I* t I

t « • * * * * * »t «• * * * * *»

» I»I

Claims (11)

1. Användning av ett material framställt av keramiskt ämne och metalliskt bindemedel enligt SHS-teknik som kul- och splitterskyddsmaterial/inbrotts- 5 skyddsmaterial.1. Use of a material made of ceramic material and metallic binder according to SHS technology as ball and splitter protection material / burglar protection material. 2. Användning enligt patentkrav 1, k ä n -netecknad därav, att det keramiska ämnet utgörs av titankarbid TiC, titanborid TiB, titandiborid TiB2, och/eller titankarbid-aluminiumoxid TiC-Al203.Use according to claim 1, characterized in that the ceramic is made up of titanium carbide TiC, titanium boride TiB, titanium diboride TiB2, and / or titanium carbide alumina TiC-Al2O3. 3. Användning enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad därav, att det metalliska bin-demedlet utgörs av en metall ur sidogrupp 4., 5., 6., 9., 11. Och/eller 12., en metall ur huvudgrupp 1., 2. Och/eller 13 och/eller en blandning och/eller en före-15 ning av dessa vanligen Ti, Zr, Nb, Cr, Mo, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Li, Be, AI, och/eller Mg och/eller en blandning och/eller en förening av dessa.Use according to claim 1 or 2, characterized in that the metallic binder consists of a metal from side group 4., 5., 6., 9., 11. And / or 12., a metal from main group 1. , And / or 13 and / or a mixture and / or a compound of these usually Ti, Zr, Nb, Cr, Mo, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Li, Be, Al, and / or Mg and / or a mixture and / or a compound thereof. 4. Användning enligt nägot av patentkraven 1 - 3, kännetecknad därav, att det metalliska 20 bindemedlet är Cr, Co, Mo, Fe, Ni, Ai och/eller en blandning och/eller en förening av dessaUse according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the metallic binder is Cr, Co, Mo, Fe, Ni, Ai and / or a mixture and / or a compound thereof. 5. Användning enligt nägot av patentkraven 1 - 4, kännetecknad därav, att det keramiska ämnet är titankarbid och det metalliska bindemedlet är 25 nickel eller en nickelbaserad blandning.Use according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the ceramic is titanium carbide and the metallic binder is nickel or a nickel-based mixture. 6. Användning enligt nägot av patentkraven 1 '·' - 4, kännetecknad därav, att det keramiska ämnet är titankarbid-aluminiumoxid och det metalliska !/·{ bindemedlet är aluminium och/eller järn.Use according to any one of claims 1 '- 4, characterized in that the ceramic is titanium carbide-alumina and the metallic / binder is aluminum and / or iron. 7. Användning enligt nägot av patentkraven 1 - 6, kännetecknad därav, att halten av de * 1 · • · metalliska bindemedlet är 1 - 60 vikt-%, vanligen 15 -';·1 50 vikt-%, fördelaktigt 20 - 40 vikt-%.Use according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the content of the metallic binder is 1 - 60% by weight, usually 15%, preferably 1 - 50% by weight, advantageously 20 - 40% by weight. -%. ··· 8. Användning enligt nägot av patentkraven 1 ;·>! 35 - 7, kännetecknad därav, att skyddsmateria- lets sammansättning och härdhet ändras som en funktion av skyddsmaterialets tjocklek. 12 109132Use according to any of claims 1; 35 - 7, characterized in that the composition and hardness of the protective material change as a function of the thickness of the protective material. 12 109132 9. Användning enligt patentkrav 8, k ä n -netecknad därav, att halten av det metalliska bindemedlet varierar som en funktion av skyddsmateria-lets tjocklek.Use according to claim 8, characterized in that the content of the metallic binder varies as a function of the thickness of the protective material. 10. Användning enligt patentkrav 8 eller 9, kännetecknad därav att, halten av det metalliska bindemedlet och/eller det keramiska ämnet varierar som en funktion av skyddsmaterialets tjocklek.Use according to claim 8 or 9, characterized in that, the content of the metallic binder and / or the ceramic material varies as a function of the thickness of the protective material. 11. Användning enligt nägot av patentkraven 1 - 10, 10 kännetecknad därav, att materialet är fäst vid andra SHS-härdmetaller och/eller andra skyddsmate-rial och/eller -konstruktioner, säsom keramer, metall-plattor, splitterpaneler och/eller fiberkompositkon-struktioner, säsom aramidtyger och/eller polyetenfi-15 bertyger. • · · 1 » » t I · •Use according to any of claims 1 - 10, 10, characterized in that the material is attached to other SHS cure metals and / or other protective materials and / or structures, such as ceramics, metal plates, splitter panels and / or fiber composite components. structures, such as aramid fabrics and / or polyethylene fiber fabrics. • · · 1 »» t I · •
FI991019A 1998-09-14 1999-05-04 Use of SHS material as bullet and fragment / burglary material FI109132B (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI991019A FI109132B (en) 1998-09-14 1999-05-04 Use of SHS material as bullet and fragment / burglary material
EP99660128A EP0987511A3 (en) 1998-09-14 1999-08-17 Bullet and splinter protection material/burglary protection material
NO994130A NO994130L (en) 1998-09-14 1999-08-26 Bullet and Splint Protection Material / Burglar Protection Material Made by SHS Technique
EEP199900265A EE9900265A (en) 1998-09-14 1999-09-13 SHS and bulletproof / burglary resistant material

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI981978 1998-09-14
FI981978A FI981978A0 (en) 1998-09-14 1998-09-14 Bulletproof materials made with SHS technology
FI991019 1999-05-04
FI991019A FI109132B (en) 1998-09-14 1999-05-04 Use of SHS material as bullet and fragment / burglary material

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI991019A0 FI991019A0 (en) 1999-05-04
FI991019A FI991019A (en) 2000-03-15
FI109132B true FI109132B (en) 2002-05-31

Family

ID=26160641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI991019A FI109132B (en) 1998-09-14 1999-05-04 Use of SHS material as bullet and fragment / burglary material

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0987511A3 (en)
EE (1) EE9900265A (en)
FI (1) FI109132B (en)
NO (1) NO994130L (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE297826T1 (en) * 2000-12-20 2005-07-15 Valtion Teknillinen METHOD FOR PRODUCING A METAL MATRIX COMPOSITE AND METAL MATRIX COMPOSITE
CN103789563B (en) * 2014-01-17 2016-03-09 北京理工大学 A kind of preparation method of TiB/Ti gradient composites

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3743569A (en) * 1970-04-02 1973-07-03 Atomic Energy Commission Armor of cermet with metal therein increasing with depth
US3863541A (en) * 1972-02-07 1975-02-04 Us Army Beryllium boride armor
US4030427A (en) * 1974-10-30 1977-06-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Armor plate
US4140170A (en) * 1977-09-06 1979-02-20 Baum Charles S Method of forming composite material containing sintered particles
US4988645A (en) * 1988-12-12 1991-01-29 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Cermet materials prepared by combustion synthesis and metal infiltration
US5443917A (en) * 1991-05-24 1995-08-22 Gte Products Corporation Ceramic armor
UA54398C2 (en) * 1995-09-27 2003-03-17 Дзе Ішізука Ресеарш Інстітут. Лтд Composite material containing superabrasive particles and method for producing this material

Also Published As

Publication number Publication date
EP0987511A3 (en) 2000-09-06
NO994130D0 (en) 1999-08-26
NO994130L (en) 2000-03-15
EP0987511A2 (en) 2000-03-22
EE9900265A (en) 2000-04-17
FI991019A0 (en) 1999-05-04
FI991019A (en) 2000-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Montgomery et al. Titanium armor applications in combat vehicles
EP1380809B1 (en) Ceramic composite body
Subrahmanyam Cyclic oxidation of aluminized Ti-14Al-24Nb alloy
Bazhin et al. Laminated cermet composite materials: The main production methods, structural features and properties
Wu et al. Reactive-sintering B 4 C matrix composite for Armor Applications
CN108045023A (en) Intermetallic compound composite material and preparation method thereof
FI109132B (en) Use of SHS material as bullet and fragment / burglary material
US20140076140A1 (en) Armor panel
Yeh et al. Formation of TiAl–Ti2AlC in situ composites by combustion synthesis
JP2001192275A (en) Element formed from fiber-reinforced composite material containing ceramic matrix
Tsirogiannis et al. Ballistic design and testing of a composite armour reinforced by CNTs suitable for armoured vehicles
Ward-Close et al. Developments in the synthesis of lightweight metals
US7687023B1 (en) Titanium carbide alloy
CA2177921C (en) Method for producing a tib 2-based coating and the coated article so produced
Gooch et al. The design and application of titanium alloys to US Army Platforms-2010
Liu et al. Microstructure and dry sliding wear behavior of Fe2TiSi/γ-Fe/Ti5Si3 composite coating fabricated by plasma transferred arc cladding process
Sindhumathi et al. High-and medium-velocity impact behavior of Al5083/SiC interpenetrating lightweight composites for monocoque armor panels
CN114406258A (en) Thermite reduction reaction powder coated ZTA ceramic particles and preparation method and application thereof
US8530363B2 (en) Cermets from molten metal infiltration processing
CN109317681B (en) Titanium nitride reinforced iron-based composite layer/steel laminated wear-resistant material and preparation method thereof
Stupar Ballistic Composites, the Present and the Future
Xiao et al. Thermoablative resistance of Ta/TaHfC2‐laminated composites under plasma flame
Olejnik et al. The composition of reaction substrates for TiC carbides synthesis and its influence on the thickness of iron casting composite layer
Lemboub et al. Complex TiC-Ni-based composites joined to steel support by thermal explosion under load: Synthesis, microstructure and tribological behavior
Hannula et al. Processing and properties of metal matrix composites synthesized by SHS

Legal Events

Date Code Title Description
MA Patent expired
MM Patent lapsed
P71A Reinstatment acc. sect. 71a patents act
MM Patent lapsed