News: Trügerischer Schutz
Borcarbid ist eine äußerst harte Verbindung, die als Schleifmittel, aber auch bei schusssicheren Westen Einsatz findet. Doch bei schnellen Geschossen gibt das Material nach. Warum, das konnten Wissenschaftler nun herausfinden.
© (Ausschnitt)
Seit den sechziger Jahren sorgt Borcarbid (BC4) in schusssicheren Westen für Schutz. Doch obwohl die Härte der leichten kristallinen Verbindung fast an die des Diamanten heranreicht, und es die vergleichsweise langsamen Geschosse einer Handfeuerwaffe wirkungsvoll abwehrt, versagt es doch häufig bei sehr schnellen Projektilen. Jahrelang war dieses Verhalten ein Rätsel, denn den Materialeigenschaften zufolge sollte Borcarbid eigentlich auch bei hohen Aufschlagsgeschwindigkeiten einen guten Schutz bieten.
James McCauley vom Army Research Laboratory des Aberdeen Proving Ground war das ein Dorn im Auge, und so sammelte er die Fragmente von Borcarbid-Platten auf, die bei Tests der US Army zerstört wurden. Diese Splitter brachte er Mingwei Chen und Kevin Hemker von der Johns Hopkins University in Baltimore. Die Materialwissenschaftler sollten die Reste im Elektronenmikroskop untersuchen und nach der Ursache der Schwachstelle fahnden.
Tatsächlich wurden Chen und Hemker fündig: Feine bandartige Strukturen durchzogen das Material, die zunächst nach Rissen aussahen, sich bei näherem Hinsehen jedoch als eine Art Glas herausstellten. Offenbar bewirkt der Einschlag eines schnellen Geschosses an bestimmten Stellen eine Umwandlung des regelmäßigen Kristallgitters in eine ungeordnete, amorphe Struktur. Dieses glasartige Borcarbid ist wesentlich spröder und längst nicht so hart wie die kristalline Form, weshalb das Material entlang dieser zwei Nanometer breiten Regionen zerbricht.
"Die Frage ist nun, wie wir das Borcarbid verändern können", äußert sich McCauley. "Wir wollen versuchen, die Kornstruktur des Materials, seine Chemie und die Zusatzstoffe zu modifizieren. Das Ziel ist, die Umwandlung zum amorphen Festkörper erst bei höheren Einschlagdrücken geschehen zu lassen, sodass das Material einen besseren Schutz bietet."
James McCauley vom Army Research Laboratory des Aberdeen Proving Ground war das ein Dorn im Auge, und so sammelte er die Fragmente von Borcarbid-Platten auf, die bei Tests der US Army zerstört wurden. Diese Splitter brachte er Mingwei Chen und Kevin Hemker von der Johns Hopkins University in Baltimore. Die Materialwissenschaftler sollten die Reste im Elektronenmikroskop untersuchen und nach der Ursache der Schwachstelle fahnden.
Tatsächlich wurden Chen und Hemker fündig: Feine bandartige Strukturen durchzogen das Material, die zunächst nach Rissen aussahen, sich bei näherem Hinsehen jedoch als eine Art Glas herausstellten. Offenbar bewirkt der Einschlag eines schnellen Geschosses an bestimmten Stellen eine Umwandlung des regelmäßigen Kristallgitters in eine ungeordnete, amorphe Struktur. Dieses glasartige Borcarbid ist wesentlich spröder und längst nicht so hart wie die kristalline Form, weshalb das Material entlang dieser zwei Nanometer breiten Regionen zerbricht.
"Die Frage ist nun, wie wir das Borcarbid verändern können", äußert sich McCauley. "Wir wollen versuchen, die Kornstruktur des Materials, seine Chemie und die Zusatzstoffe zu modifizieren. Das Ziel ist, die Umwandlung zum amorphen Festkörper erst bei höheren Einschlagdrücken geschehen zu lassen, sodass das Material einen besseren Schutz bietet."
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