Bài báo này giới thiệu về công nghệ chế tạo tấm giáp chống đạn phức hợp gốm oxit nhôm – composite Kevlar, là loại chống được các loại đạn có động năng cao và đang được dùng rộng rãi trên thế giới.
Preparation of the alumina ceramic-kevlar composite complex armor plate
T. V. Khoa1) , T.T.Phương1) , N.T.Minh1) , P.V.Cường1) , V.L.Hoàng1) , N.T.Huy1) ,N. K. Hoàn2)
1) Viện Công nghệ, Tổng cục CNQP; 2) Cục KHCN và MT, Bộ QP
Tóm tắt
Tấm gốm được chế tạo từ bột α-Al 2O3 (98%) và các phụ gia CaO, SiO2, MgO, TiO2 với nhiệt độ thiêu kết ở (1550-1600) °C trong môi trường không khí. Tấm gốm được gắn với tấm composite Kevlar-epoxy tạo thành tấm giáp phức hợp có kích thước 250 x 300 x 19 (mm), trọng lượng ≈ 3 kg. Tấm giáp phức hợp sau khi chế tạo được bắn thử nghiệm khả năng chống đạn K56 bằng súng AK 47 ở khoảng cách 15 m. Kết quả cả 6 phát bắn đều không xuyên thủng giáp và vết lõm trên mặt đất sét gắn sau tấm giáp đạt tiêu chuẩn Mỹ NIJ.01.01.04 với chiều sâu nhỏ hơn 44 mm.
Abstract
This paper presents the preparation technology for the alumina ceramic – Kevlar composite complex armor plate, which protects against high kinetic energy bullets and has been widely used in the world. The ceramic tiles were prepared from α-Al 2O3 powder (98 %wt) and CaO, SiO2, MgO, TiO2 additives with sintered temperature of 1550°C. Complex armor plates were made by gluing ceramic tiles to Kevlar/epoxy composite sheet with dimen- sions of 250 x 300 x 19 (mm) and 3 kg weight. Alumina ceramic – Kevlar composite complex armor plates were tested on resistance to K56 bullet fired by AK 47 rifle at distance of 15 m. The results showed that the armor plates were not penetrated through by 6 rifle shots and the depth of backface signature in backing materials (clay) was lower than 44 mm (American NIJ Standard – 01.01.04).
I. Giới thiệu
Áo giáp nói chung và áo giáp chống đạn (AGCĐ) nói riêng đã được sử dụng từ thời xa xưa. Hiện nay tính nguy hiểm của các loại đạn ngày càng cao, yêu cầu bảo vệ tính mạng của con người và các bộ phận thiết yếu phương tiện chiến tranh càng lớn, đòi hỏi AGCĐ phải có tính năng đặc biệt. Sự phát triển của khoa học công nghệ vât liệu những năm gần đây đã cho phép sản xuất các loại giáp có tính năng cao. Các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Nga, Anh, Pháp, Canada, Nhật, Israel… đều sản xuất các loại AGCĐ tiên tiến [1,2].
Trong chiến tranh Irak, từ 2003 Mỹ và liên quân đã trang bị AGCĐ cho các sỹ quan và binh lính nhằm giảm thương vong, tuy nhiên lực lượng quân nhân được trang bị còn rất ít do giá thành mỗi chiếc áo lên tới vài nghìn USD, vì vậy gần đây nhiều gia đình quân nhân Mỹ phải tự tìm mua cho chồng con mình đóng quân tại Irak [3]. * Tiêu chuẩn của AGCĐ Có nhiều tiêu chuẩn phân loại AGCĐ của nhiều nước khác nhau như tiêu chuẩn của Mỹ, Nga, úc…. Các tiêu chuẩn này quy định về phân loại cấp chống đạn và điều kiện thử nghiệm của các cấp chống đạn. Hiện nay, tiêu chuẩn NIJ 0101.04 của Mỹ được áp dụng rộng rãi nhất trên toàn thế giới, đặc biệt là ở các nước chưa có tiêu chuẩn riêng [4]. Theo tiêu chuẩn NIJ 0101.04, các cấp chống đạn được phân loại theo bảng 1:
Bảng 1. Phân loại cấp chống đạn theo tiêu chuẩn NIJ 0101.04 AGCĐ
Từ bảng 1 có thể thấy các cấp chống đạn từ I đến IIIA tương ứng với khả năng chống chịu các loại đạn đầu tròn có sơ tốc đầu đạn tương đối thấp (700m/s), tức là đạn của các loại súng nòng dài như AK, súng bắn tỉa hoặc súng máy.
* Các loại vật liệu mới cho áo giáp chống đạn.
Về cơ bản AGCĐ hiện tại sử dụng 3 loại vật liệu tiên tiến:
1.1. Vật liệu tổ hợp trên cơ sở các loại sợi độ bền cao
Khi viên đạn bắn vào giáp bằng vật liệu sợi bền cao, nó bị cản giữ lại trong một “mạng nhện (web)” gồm các sợi rất bền. Các sợi này hấp thụ và phân tán năng lượng va đập của viên đạn làm cho viên đạn bị biến dạng hoặc bẹt đầu ra, năng lượng còn lại được lớp tiếp theo trong áo giáp hấp thụ cho đến khi viên đạn dừng lại.
Hiện nay vật liệu tổ hợp trên cơ sở các loại sợi bền cao được sử dụng để chế tạo các loại AGCĐ cản được các loại đạn năng lượng thấp hoặc trung bình, nó có ưu việt là nhẹ, có thể sản xuất với năng suất chế tạo cao, tương đối rẻ tiền. Nó cũng được dùng làm lớp bề mặt (facing material) và lớp lót sau (backing material) cho các loại AGCĐ có các tấm gốm siêu bền, có khả năng chống được các loại đạn đầu nhọn có năng lượng cao. Các loại sợi thường dùng là Kevlar, Spectra Dyneeme… như trên đã trình bày [5].
