Kompozit zırh malzemeleri

1

KOMPOZİT ZIRH MALZEMELERİ

HAZIRLAYANCENGİZ MURAT TEKİNBÜĞRÜ

SAKARYA ÜNİ.

TEKNOLOJİ FAK.

MEKATRONİK MÜH.

100918039

Mart-2013

2

Birbirine karışmayan iki veya daha fazla katının bileşimiyle oluşan katı malzemelere

"kompozit malzeme" denir.

KOMPOZİT MALZEME NEDİR ?

Bu karışımın özelliği, kendini oluşturan maddelerin özelliklerinden çok daha üstündür. Buradaki amaç birleşimi oluşturan maddelerin üstün özelliklerinin bir araya getirilmesini sağlamaktır.

3

Kompozit malzemede genelde dört koşul aranmaktadır

İnsan yapısı olmaması, dolayısıyla doğal bir malzeme olmalı,

Kimyasal bileşimleri birbirinden farklı belirli ara yüzeylerle ayrılmış en az iki malzemenin bir araya getirilmiş olmalı,

Farklı malzemenin üç boyutlu olarak bir araya getirilmiş olmalı,

Bileşenlerin hiç birinin tek başına sahip olmadığı özellikleri taşımalı.

KOMPOZİT MALZEME HANGİ ÖZELLİKLERE SAHİP OLMALI ?

4

KOMPOZİT MALZEMELERİN ÖZELLİKLERİ

Hafiftirler

Günlük hayatta neredeyse her alanda hafif kompozit malzemelerden yapılmış ürünleri kullanmaktayız.

5


• Mukavemetleri yüksektir

Resimlerde çeşitli dayanıklılık testlerine tabi tutulan kompozit malzemeden yapılmış ürünler görülmektedir.

6


• Sünektikler

Kompozit malzeme kullanılarak yapılmış hafif deniz araçları zor deniz şartlarına bir miktar esneyerek uyum sağlamaktadır.

7


• Şok dirençleri yüksektir

Örneğin kompozit gövdeden yapılan uçağın düşmesi esnasında ortaya çıkan enerji gövde tarafından emilmektedir.


• Yüksek sıcaklığa ve aşınmaya dayanıklıdırlar

8

Yüksek sıcaklık korozyon ve aşınmaya maruz kalan ürünler kompozit teknolojisi ile üretilebilir.

9

KOMPOZİT MALZEMELERİN KULLANIM ALANLARI

En tipik örnek, artık günümüzde gelenekselleşmeye başlayan ve "fiberglas" olarak bilinen polyester esaslı

reçinelerin cam elyaf ile takviyesiyle üretilen malzemelerdir.

• Hafif ve sağlam gövdenin gerekli olduğusürat teknelerinde

10


•Gelişmiş robot teknolojileri

•Havacılık ve uzay teknolojileri

11


•Raylı ulaşım teknolojileri

•Yarış araçları teknolojilerinde

12


•Zırh teknolojilerinde

13

Asıl konumuz olan kompozit malzemelerin zırh teknolojisinde kullanımına gelelim. Dünyada kompozit teknolojisi geliştikçe bu teknolojinin savunma sanayisinde ki kullanımı da artış gösterdi.

Kompozit malzemeler çeşitli kombinasyonlarla kendini oluşturan bileşenlerden daha dayanıklı ve hafif hale getirilebilirler. Bu durumdan faydalanılarak savunma sanayinin olmazsa olmazı zırhlara uygulanıp kompozit zırhlar geliştirilmeye başlandı.

Zırh malzemelerini daha iyi anlamak için geçmişten günümüze kullanılmış zırhları kısaca inceleyelim.

14

ZIRH MALZEMELERİN KISACA TARİHÇESİ

Zırh malzemeleri ilk olarak Roma döneminde kullanılmaya başlanmıştır(M.Ö 750).

Avrupa'da geç dönem ortaçağ zamanı, özellikle 13. yüzyıldan beri zincir zırh üzerine giyilen plakalarla kişisel zırhlar oluşturulmuştur.

15

ZIRH MALZEMELERİN KISACA TARİHÇESİ

RÖNESANS DÖNEMİ ZIRHLAR

Tavlanmış çelikten yapılan bütün bir plaka zırh takımının, 20 kg civarında bir ağırlığı vardır.

16

ZIRH MALZEMELERİN KISACA TARİHÇESİGÜNÜMÜZDE ZIRH KULLANIMI

Kişisel zırhlar

Araç zırhları

17

ZIRH ÇEŞİTLERİZırh çeşitlerini altı başlık altında toplayabiliriz.

1-Homojen zırh: En eski zırh teknolojisi. Genelde en kalın yeri 35 cm yi geçmezken günümüz tanksavar silahları bu zırhı 130 cm ye kadar delebiliyor. Ülkemizde kullanılan m-48, m-60 tankları bu tür zırha sahiptir.

2-Reaktif zırh: Bu aslında bir zırh çeşidi değil de, kaplama olarakta sayılabilir. Diğer zırhlar içinde patlayıcı barındıran plakalarla bezemektedir. Tanksavar mermisi bu plakaya çarpınca plakanın içindeki patlayıcı patlayıp mermiyi saptırıyor. Diğer tüm zırhların üstüne uygulanabiliyor ve araca 2 tonluk ekstra yük kazandırıyor. ilk olarak Arap İsrail savaşlarında İsrail Merkava tanklarına uygulamış. Sovyetler birliği de yaygın olarak kullanmış. t-72, t-80, t-84 gibi tank modellerinde.

18

ZIRH ÇEŞİTLERİ

3-Boşluklu (sandviç)zırh: Zırh ana zırh (daha kalın) ve iç zırh (ince) olmak üzere iki parçadır. Aralarında hava boşluğu, su ya da yanıcı olmayan başka bir sıvı bulunur .İnce zırha çarpan mermi ana zırha gelene kadar iyice etkisini yitirir, ana zırhı delemez. m-1, t-80, . Leopard 1 a 1 tanklarında bu zırh modeli tercih edilmiştir. 4-Aktif zırh: Aktif tedbirli zırhlı araçlar ise tehdidi algılayarak tanka isabetinden önce karşıateşle tahrip prensibine dayanmaktadır. Tehdidin algılanması ve tahribi 12 mili/saniyedegerçekleşmektedir ve füze bu süre içinde ancak cm ile ifade edilecek kadar yerdeğiştirebilmektedir. T80 , T84 gibi tank modellerinde kullanılmıştır.

19

ZIRH ÇEŞİTLERİ

5-Modüler zırh :

Halen araştırma ve geliştirme aşamasında. Çelik zırhın fakirleştirilmiş veya seyreltilmiş uranyumla güçlendirilmesi sonucunda elde edilen zırh çeşididir. Bu yöntemle elde edilen güçlendirilmiş zırh, tanklarda kullanılmaktadır. Ancak radyoaktif özelliğinden dolayı kullanıcı personel mutantlaşmasa da ciddi rahatsızlıklar (kanser vb.) geçiriyor, ölüyor.

20

ZIRH ÇEŞİTLERİ

6-Kompozit (bileşik) zırh:

1960 lı yıllarda bir metrelik çeliği parçalayabilecek kadar güçlü tanksavar roketlerinin geliştirilmesinden sonra, çukur imlalı mermilerin verdiği zayiattı bertaraf etmek için İngiliz ordusu tarafından tabakalar halinde değişik fiziksel özelliklere sahip materyallerden oluşan bu zırh çeşidi geliştirildi. Buradaki katmanların bazılarında şok dalgalarını emen alüminyum, plastik gibi maddeler, diğer bir katmanda ise yüksek ısıya dayanıklı seramik maddeler, bazı katmanlarda ise yüksek dirençli çelik tabakalar kullanılmakta.

21

ZIRH ÇEŞİTLERİ

6-Kompozit (bileşik) zırh(devam) Halen dünyada (Türkiye de yok) kullanılan en yüksek zırh teknolojisi olarak kabul edilmekte olup; m 1, m 1 a1, m 1 a2, Challenger, Leopard 2, t 80, t 84ve t 90 tanklarında kullanılmaktadır

22

KOMPOZİT MALZEMELERİN ZIRH OLARAK KULLANILMASI

Kompozit malzemeler genelde bir veya birkaç çeşit elyaf, çeşitli rijit parçacıkların reçinelerle veya metal/seramik matrislerle değişik şekilde süreçlere sokulması sonucu elde edilirler.

Bu amaçla kullanılan elyaflar ise cam karbon , seramik, aramid ve karışık elyaf olabilmektedir.

Bazen de elyaf yerine elyaftan üretilmiş keçe veya dokuma kullanılmaktadır. Böylece dayanım daha fazla artar üretimde de pratiklik sağlanır.

23

İYİ BİR ZIRH MALZEMESİNİN ÖZELLİKLERİ

İyi bir zırh malzemesi hem hafif hem de dayanıklı olmalı,Yüksek akma dayanımına sahip olmalı,Tokluğu (kırılmaya karşı dayanıklılık) yüksek olmalı,Yüksek dinamik çekme dayanımına sahip olmalı,Enerji absorbe edebilmeli (şok direnci),Düşük yoğunluğa sahip olmalı,Elastisite ve kayma modülleri yüksek olmalı ,Çok yüksek ısılara dayanabilmeli,Tasarlanan zırh kolay üretilebilir ve kolay monte edilebilir yapıda olmalıdır.

NEDEN KOMPOZİT ZIRH ? Klasik mühendislik malzemelerinde bu bahsedilen özelliklerin birlikte bulunması oldukça zordur. Yüksek sertlikteki malzemelerle, yumuşak, sünek malzemelerin kompozit şeklinde tasarımları bu tür uygulamalar için de bir çözüm yolu olabilir. İşte bu yüzden kompozit zırh malzemelerine gereksinim duyulmuştur. Yüksek sertlik ve mukavemetteki çelik saçlarla yumuşak, sünek özelliğe sahip saçlar kaynakla birleştirildiğinde, dıştaki sert tabaka zırhın delinmesini önlerken, içerideki yumuşak tabaka deforme olarak darbe enerjisini absorbe eder.

24

25

GELENEKSEL ZIRHLARLA KARŞILAŞTIRMA

GELENEKSEL ZIRHLAR(Seramik zırh,çelik zırh vb.)

Zırhların karşılaştırılmasında genelde üç parametre diğerlerinden daha önemlidir. Bunlar performans,ağırlık ve maliyettir. Bu kapsamda geleneksel zırhlarla,yeni nesil kompozit zırhları karşılaştıracak olursak;

Ağırdırlar, zırhlanan araçların hareket kabiliyetlerini sınırlarlar.Geliştirilen tanksavar mermileri karşısında zayıf kalmaktadır. Yeni nesil zırhlara göre performansları düşüktür. Buna karşın üretimleri yeni nesil zırhlara göre kolay ve maliyeti ucuzdur.

KOMPOZİT ZIRHLAR

Hafiftirler,zırhlanan araçlara hareket kabiliyeti yönünden avantaj sağlarlar. Elastisiteleri ve sertlikleri yüksektir. Bu sayede gelen mermilerin uç kısımlarını aşındırarak etkisini azaltırlar. Bu üstün özellikleri bakımından performansları ve sağladıkları avantajları geleneksel zırhlara göre yüksektir. Üretimleri oldukça karmaşık ve maliyetlidir.

26

KOMPOZİT ZIRH ÇEŞİTLERİ

Aramid ElyafKevlar , Aramid elyafının piyasa da bilinen ticari ismidir ve düşük yoğunluk (1.44 g/cm3), yüksek darbe, aşınma ve kimyasal dayanıklılıkları sayesinde tercih edilirler. Cam elyafa göre %35 daha hafiftirler.

Cam ElyafEritilmiş haldeki camın küçük deliklerden akıtılıp katılaştırılması sonucu üretilir. Isıl iletim katsayıları düşük olduğundan yalıtım malzemesi olarak kullanılırlar. Ayrıca yüksek mukavemet değerleri nedeniyle diğer malzemelerle birleştirilerek kompozit malzeme üretiminde kullanılır. Bunun yanında mayın kasası yapımında bolca kullanılmaktadır. Bunda en önemli neden cam elyafından üretilen mayının metal tarama aygıtlarına yakalanmamasıdır. Bugün bildiğimiz cam elyafının geliştirilmesi 1930’lu yılların sonlarına doğru yapılabilmiştir.

27

KOMPOZİT ZIRH ÇEŞİTLERİ

Bor Karbürün Zırh Bor karbür yüksek sertliği, düşük yoğunluğu ve diğer üstün özellikleri nedeniyle askeri amaçlı olarak havacılık ve personel koruma konularında zırh yapımına en uygun malzemelerden biridir. Bu iki temel amaç dışında tank vehafif zırhlı araçların korunmasında da oldukça yaygın kullanımı vardır. Yeni nesil bütün helikopterlerde (Super Puma, Black Hawk, Super Cobra, Apache), uçaklarda (C-130, C-17, A400M), yüksek hız ve mobilite gerektiren zırhlı kara araçlarında (Hummer, Zırhlı Personel Taşıyıcı vb.), havadan taşınabilir araçlarda, personel koruyucu balistik yeleklerde, tanklarda (zırh tabakası veya ilave zırh olarak), komuta kontrol merkezlerinde zırh malzemesi olarak bor karbür kullanılabilmektedir. Yeni üretilen ALTAY tankında da kompozit zırhların bir çeşidi olan bor karbür zırh kullanılmıştır.

28

BİR MERMİNİN ZIRHI DELMESİ NASIL GERÇEKLEŞİR ?

Zırhlarının balistik tehditlere karşı gösterdikleri tepki,merminin hızına göre üç farklı şekilde olabilir. Nispeten düşük hızlarda (<700m/sn) zırhtaki delinme miktarını malzemenin statik yada mekanik özellikleri belirlemektedir.Çok yüksek hızlarda(>5000m/sn) zırh malzemesi sıvı davranışı sergiler.Bir çok askeri silahın sahip olduğu orta hızlarda ise (700 m/sn-5000 m/sn) delinme halini zırh malzemesinin dinamik özelliklerinin yanı sıra hidrodinamik özellikleri belirler.

Orta hızlarda zırh malzemesi üzerinde oluşan delinme en az dört aşamada gerçekleşir. İlk çarpmanın olduğu anda mermi ve seramik zırhta hidrodinamik akma meydana gelir.Daha sonra mermi parçalanma ve akma aşaması meydana gelir.Diğer aşamada seramiğin kırılması,koni çatlak oluşumu ve zırh arkasında çekme kırılmaları oluşur.Yine bu aşamada da merminin aşınma ve akması devam ederek etkisi azalmaya devam eder.Son aşamada mermi bütünüyle erozyona uğrar ve buna karşılık zırhta da yoğun çatlak oluşumu gerçekleşir.

29

MERMİ ÇARPMASI SONUCU OLUŞAN TAHRİBAT TÜRLERİ

Görüldüğü gibi mermilerin zırh plakalarına çarpması sonucu zırh plakalarına çok yüksek seviyelerde enerji aktarımı söz konusudur. Bu çizimlerden de anlaşılabileceği gibi zırh malzemelerinin sertlik ve enerji sönümleme gibi özellikleri yüksek olmalıdır.

30

MERMİ TAHRİBATI SONUÇLARIBüyük enerji taşıyan mermiler çok kalın zırh tabakalarını görüldüğü gibi delmektedirler.

31

TAHRİBATA UĞRAMIŞ ZIRHIN ANALİZİ

32

ÜLKEMİZDE YAPILAN ÇALIŞMALAR

Sakarya Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Metal Eğitimi Bölümü Öğretim Üyesi Yrd. Doç. Dr. Uğur Soy, yerli kaynaklar kullanarak zırh özelliğine sahip malzeme üretti. Mekanik ve termal testler uygulanan malzemenin gerek sertlik gerekse de mukavemet açısından diğer zırh malzemelerine nazaran yüksek performans gösterdiği saptandı.

Zırh kompozitinin geliştirilmesinde yüzde 100 yerli alüminyum ve bor karbür malzemeleri kullandığını belirten Soy, malzemenin, nitrit ve elmasın yanı sıra dünyanın en sert malzemesi olduğunu vurguladı. Soy, şunları söyledi: "Bor karbür malzemesinin erime derecesi 2 bin 500'ün üzerinde. Bu malzeme dünyaca "kara elmas" olarak biliniyor. Kompozit zırh malzemesinin geliştirilmesinde öncelikle replika dediğimiz bir yöntemle bor karbür köpük ürettik. Daha sonra alüminyumu eriterek bor karbür köpük içerisine emdirdik. Nihayetinde bor karbür takviyeli metalik kompozit üretmiş olduk. Üretilen kompozit zırh malzemesinin yoğunluğu düşük, sertliği ve mukavemeti yüksek, zırh özelliğine sahip ve monolitik seramik zırhlara kıyasla daha ucuz."

33

TÜBİTAK IN GELİŞTİRMİŞ OLDUĞU KOMPOZİT ZIRH

Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK), roketlere karşı üstün koruyuculu “kompozit zırh” geliştirdi. Dünyada çok az ülkenin sahip olduğu bu teknolojiyle kaplanan platformlar, roketlerin yarattığı tahribattan etkilenmiyor. Kompozit zırh sisteminin suikast silahlarına karşı geliştirilmiş modeliyle Cumhurbaşkanlığı Köşkü’nün kabul ve tören salonunun pencere ile duvarları da kaplandı.

34

TÜBİTAK IN GELİŞTİRDİĞİ KOMPOZİT ZIRH

35

TÜRKİYE'NİN İLK YERLİ ZIRHI 'T-ZIRH'

Nurol Teknoloji AŞ Genel Müdürü Tunç Batum, 2 yıl önce geliştirdikleri T-Zırhı, bor karbür, seramik ve kompozit malzeme kullanarak tasarladıklarını ve bu alanda Türkiye'de bir ilki gerçekleştirdiklerini anlattı.

Nurol Teknoloji'nin Türk mühendisler tarafından geliştirilen Türkiye'nin ilk yerli zırhı 'T-Zırh' (Türk Zırh), ihraç edilmeye başlandı. T Tunç Batum, ileri balistik zırh çözümü olan T-Zırh'ın kara, hava ve deniz araçlarına, yapısal binalara ve çelik yelek olarak personel üzerine uygulanabildiğini ifade ederek, bunların araçla ilgili olanlarının ihracatına başladıklarını, şu anda 45 milyon dolarlık ihracat bağlantısı yaptıklarını söyledi.

36

FAYDALANILAN KAYNAKLAR•Malzeme bilimi ve mühendisliği (William D. Callister, David G. Rethwisch)(çeviri editörü; Prof.Dr.KENAN GENEL)

•GTİ savunma sanayi tanıtım dosyası

•İstanbul sanayi odası kompozit sektör raporu 2006

•Anadolu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi sayı ;1 / 2009

•Demet ESERCİ / YÜKSEK LİSANS TEZİ (KİMYA MÜHENDİSLİĞİ)

•Teoman ENGİN /Yüksek Lisans Tezi /TÜRK ORDUSUNDA ZIRHLI BİRLİKLER

37

DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER

Engineering

Kompozit zırh malzemeleri