Přídavné pancíře na vojenská obrněná vozidla, bezpečnostní boxy na převoz výbušnin a munice nebo třeba mobilní ochranné štíty pro policisty či pyrotechniky. To jsou některé z aplikací balisticky odolných keramických kompozitů, na jejichž vývoji osm let pracují Martin Kachlík a Jakub Roleček z výzkumné skupiny Pokročilé keramické materiály na CEITEC VUT.
Pro lepší komunikaci s průmyslovými partnery se letos rozhodli založit spin-off TriCera, který má pomoci nabídnout jejich produkty na trh co nejrychleji.
„Spin-off TriCera jsme založili, abychom urychlili transfer našich technologií do praxe. Firmy totiž zpravidla chtějí všechno hned, což je někdy na univerzitě problém, navíc i komunikace je snazší, když jde o B2B (business to business),“ vysvětluje počátky společnosti Martin Kachlík. Výzkumná skupina, ve které působí, hledá využití pokročilé keramiky v mnoha odvětvích. Ta balisticky odolná je tak jen jedním z příkladů: „Uplatnění je celá řada: od biokeramiky využitelné ve zdravotnictví, například jako kostní implantáty či zubní náhrady, přes elektrokeramiku, což jsou různé kondenzátory či piezokeramika, až po armádní a bezpečnostní aplikace, jakou je transparentní nebo balisticky odolná keramika, které se věnujeme nejvíce. Zatímco někde bude cesta ke každodennímu využití trvat ještě roky, právě vojenská aplikace je nejblíže praktickému uvedení na trh,“ popisuje široké uplatnění keramických materiálů Kachlík, kterého jeho příjmení k podobnému výzkumu přímo předurčilo.
Například na vojenských obrněných vozidlech se dnes stále můžeme běžně setkat s celokovovými pancíři. Ty ale významně zvyšují hmotnost vozidel, která pak mohou mít problém v terénu, pokud jejich konstrukce není na takovou zátěž stavěná. „Někdy zadavatelé paradoxně preferují těžké ocelové řešení z obavy degradace polymerního pojiva, kterým jsou keramické pancíře na karoserii připevněny, třeba když stojí vojenská technika roky ve skladu, tak aby si balistická ochrana zachovala své vlastnosti,“ vysvětlil uvažování některých institucí Kachlík. Celokovové pancíře se využívají i na přenosné ochranné štíty, které mají chránit třeba pyrotechniky či policisty v terénu. Tyto pak ale mají vysokou hmotnost, navíc u nich hrozí pod určitým úhlem, že po nich střela „sklouzne“ a může po odrazu zranit i někoho, kdo stál třeba za rohem. Do kombinace hliníku s keramikou se střela bezpečně zaboří.
Kombinace lepené balisticky odolné keramiky a kevlaru, která je výrazně lehčí než celokovový pancíř, se používá již desítky let. Jenže zde aplikovaná lepidla či polymerní vlákna ztrácí za určitých situací své vlastnosti. „V současnosti se na trhu nabízí celá řada balisticky odolných keramicko-polymerních kompozitů. Ty ale mají svá specifika, kupříkladu co do tepelné aplikace. Třeba při minus třiceti stupních už dochází ke křehnutí polymerních částí. Při vysokých teplotách, se kterými se setkáváme třeba u pouštních válečných konfliktů, také dochází k významné degradaci těchto materiálů. Vojenská vozidla chráněná naším pancířem by mohla být nasazena jak v subarktických, tak v pouštních oblastech,“ vyjmenovává Kachlík a dodává: „I kevlar má omezenou životnost, což bylo ostatně zřejmé z mnoha případů z USA, kdy policisté roky vozili neprůstřelné vesty v kufru auta a pak se ukázalo, že už jsou za svou životností a nefungují tak, jak by měly,“ naznačil možná rizika vědec, který na vývoji nové technologie spolupracuje mimo jiné s turnovskou firmou CoorsTek.
Úkolem týmu z CEITEC VUT tedy bylo najít spojení keramiky a kovu bez této organické složky, u které hrozí degradace. Výsledkem je materiál bez omezení životnosti, takže je jisté, že se bude chovat stejně i za dvacet let. Má vysokou chemickou a teplotní odolnost, navíc je účinný i proti ohni, takže i kdyby na obrněném autě přistál Molotovův koktejl, je jisté, že to pancíř vydrží, což se může hodit u městských konfliktů. Dnešní obrněné vozy musí po takovém útoku svoje pancéřování v místě zásahu kompletně vyměnit, protože oheň polymerní složku zlikviduje. Řešení nabízené spin-offem TriCera je prakticky ohnivzdorné.
„Naše technologie je svým pojetím unikátní, ale zároveň finančně dostupná. Z toho, co víme, podobná výroba přídavných keramicko-kovových pancířů v Evropě není. Určitě je strategické mít ji i přímo uprostřed starého kontinentu, nejen kvůli hrozícím embargům na dovoz,“ upozorňuje na zkušenosti po pandemii Kachlík. Spolu s Jakubem Rolečkem sestavili speciální keramické dílce do těsného uspořádání a díky vyvinuté technologii pevného spojení keramiky a kovu se jim daří lépe pohltit energii střely i pomocí plastické deformace kovové matrice.
„Dlouhodobě spolupracujeme s Vojenským výzkumným ústavem, abychom mohli získat státní certifikaci našich materiálů. Tato potvrzuje, že materiál vydrží i takzvaný multihit, kdy dopadne více střel těsně vedle sebe,“ vysvětluje mladý výzkumník Kachlík, zatímco stojí nad černými deskami s různě velkými krátery, které upomínají na střelecké zkoušky. Ten největší z nich je po 20milimetrové střepině, která letěla rychlostí 750 m/s a simulovala výbuch nástražného zařízení. I takový náraz ale keramicko-kovový pancíř navržený na brněnské technice vydržel.
Aplikací tohoto materiálu je celá řada: například přídavné pancíře na vojenská obrněná vozidla, protivýbuchová ochrana, mobilní ochranné štíty pro pyrotechniky, bezpečnostní boxy na převoz výbušnin či munice, ochranné dveře pro klíčové objekty a mnoho dalšího. Měkký hliník na povrchu a velmi tvrdá keramika uvnitř zaručují, že se tímto materiálem prakticky nejde prořezat, nebo je to velmi časově náročné. Jako potenciální budoucí aplikace se tak nabízí třeba i bezpečnostní schránky a sejfy. Vědci už zaujali i zahraniční návštěvu z USA, která se o tuto strategickou technologii zajímala.
„Pohybujeme se tedy někde mezi čistě keramickým a čistě kovovým řešením, čímž využíváme benefity obou. Pracujeme s hliníkovou slitinou, takže nehrozí koroze. Naše pancíře vydrží nejen zápalnou munici s kaleným ocelovým jádrem, ale také tu s jádrem z karbidu wolframu. Pokud někdo vystřelí průrazným projektilem, tak z klasicky lepené keramiky s polymerním pojivem odletí střepiny, které mohou někoho zranit. U nás je keramika bezpečně ukrytá v hliníkové matrici, aby tyto velké střepiny zachytila,“ popisuje další výhody jejich řešení Kachlík. Kromě vojáků by mohli materiál využít i policisté, tým už proto podal projekt pod ministerstvem vnitra, který by měl usnadnit aplikaci u civilních bezpečnostních složek.
Autorka: Radana Koudelová
Foto: Jan Prokopius
Text vyšel v časopisu Události na VUT
- Autor článku: ne
- Zdroj: VUT v Brně
