TEOBAL Teollisuuden sivutuotteiden hyödyntäminen ballistisissa suojamateriaaleissa

Transkriptio

1 TEOBAL Teollisuuden sivutuotteiden hyödyntäminen ballistisissa suojamateriaaleissa MATINE Tutkimusseminaari Tomi Lindroos & Pertti Lintunen

2 2 Rahoituspäätös MAT804 suojamateriaaleissa TEOBAL Projekti suunniteltu kaksivuotiseksi Toteutus VTT (ensisijainen tutkimuksen toteuttaja), PVTT, Exote, Ruukki Rahoitus 2011 MATINE VTT PVTT, Exote ja Ruukki osallistuvat toteutukseen omalla työllään sekä toimittamalla materiaaleja projektin käyttöön

3 3 TAUSTA Ballistisen suojauskyvyn kasvattaminen ja samanaikainen painon alentaminen edellyttävät yhä kehittyneempien ja suorituskykyisempien materiaalien ja materiaaliyhdistelmien käyttöä Korkean suojauskyvyn materiaalit ovat tyypillisesti erittäin kalliita, suojamateriaalien käyttäminen laajan pinta-alan omaavissa kohteissa on usein kustannussyistä mahdotonta. Ballististen keraamien heikkoutena on niiden hauraus mikä heikentää ko. materiaalista valmistettujen suojarakenteiden käsiteltävyyttä sekä erityisesti moniosumakestävyyttä. Parempaa sitkeyttä on tavoiteltu kehittämällä metalli-keraamikomposiitteja joissa yhdistyvät korkea kovuus ja sitkeys Teollisuuden prosesseissa syntyy runsaasti sivutuotteita tai jopa jätteiksi luokiteltavia yhdisteitä joita voidaan sopivasti prosessoimalla hyödyntää suoraan korkeanjalostusarvon lopputuotteiden, kuten ballististen suojamateriaalien valmistuksessa. Edullisen raaka-aine hintansa ja ympäristömyötäisyyden lisäksi kotimaisen teollisuuden sivutuotteiden käytöllä saavutetaan toimitusvarmuutta myös kriisiaikoina, jolloin strategisten alkuaineiden saatavuus on rajoitettua.

4 4 TAVOITTEET Projektin ensisijaisena päämääränä on löytää edullisia vaihtoehtoisia tapoja valmistaa korkean suojauskyvyn ballistisia suojaratkaisuja. Selvittää teollisuuden sivutuotteiden hyödyntämistä ballististen keraamien ja metalli-keraamikomposiittien raaka-aineina. Projektissa tutkimuksen pääpaino kohdistetaan alumiinioksidimetallikomposiittien valmistukseen ja testaukseen. Myös muut potentiaaliset raaka-aine vaihtoehdot kartoitetaan.

5 5 VAROITUS ÄLÄ TEE TÄTÄ KOTONA

6 6

7 7 TUTKIMUSTA OHJAAVAT KYSYMYKSET Miten voidaan ohjata alumiinioksidin muodostumista siten että alumiinioksidi ydintyy rakenteeseen homogeenisesti halutun kokoisiksi faasialueiksi. Miten hallitaan sulan viskositeettia ja estetään alemman tiheyden omaavien keraamifaasien nouseminen sulan pintaan kuonaksi. Miten hallitaan keraami- ja metallifaasien välisten rajapintojen kostutusta. Edellä mainittujen seikkojen ymmärtämien ja hallitseminen on suoraan verrannollinen savutettaviin mekaanisiin ominaisuuksiin sekä edelleen ballistiseen suorituskykyyn..

8 8 TEHTÄVÄT Tutkimustyön osa-alueita ovat 1. Selvitys potentiaalisista raaka-aine vaihtoehdoista sekä kustannusten tarkastelu 2. Teollisuuden sivutuotteiden analysointi ja mahdolliset esikäsittelyt 3. Metalli-keraamikomposiittien prosessiparametrien määrittäminen 4. Koekappaleiden valmistus 5. Mekaanisten sekä ballististen ominaisuuksien määrittäminen koemateriaaleista

9 9 TULOKSET: Lähtöaineet Uusi erä 4_2011 Al- jauhe Part.koko: d 10 =0.1 µm d 50 =25 µm d 90 =49 µm Fe 2 O 3 - jauhe Part.koko: d 10 =1.0 µm d 50 =53 µm d 90 =137 µm

10 10 TULOKSET Lähtöaineet Rautaoksidijauhe Alumiinijauhe Rautaoksidijauheesta XRD:llä ainoa tunnistettu faasi Fe 2 O 3 => ei merkittäviä määriä muita faaseja Kaupallisen Al- jauheen XRD- mittauskäyrä

11 11 TULOKSET Mikrorakenne Al 2 O 3 -Fe-SiC komposiitin mikrorakennetta

12 12 TULOKSET Koekappaleet + ammuntakokeet

13 13

14 14 SEURAAVAT TOIMENPITEET Tulosten toistettavuus, prosessiparametrien muokkaus koekappaleiden rikkoutumisen vähentämiseksi Materiaalien huokoisuuden vähentäminen, prosessi + apuaineet Keraami-metallirajapinnan kostutuksen parantaminen Homogeenisempi mikrorakenne Mekaaniset ominaisuudet Ammuntakokeet eri uhkakuvia vastaan Suojauskyky paino kustannus -analyysi

15 15 VTT luo teknologiasta liiketoimintaa