Inovativní kompozit z TriCera zaručí nižší hmotnost trezorů nebo vyšší odolnost policejních štítů

Na vývoji keramických pancířů již téměř deset let pracují vědci z CEITEC VUT Martin Kachlík a Jakub Roleček. Dospěli k řešení v podobě pevného spojení neporézní keramiky a hliníkových slitin, které nemá ve světě konkurenci. Výsledný kompozit vyniká ohnivzdorností, vysokou mechanickou odolností a neomezenou životností. Jde o balisticky odolný materiál, který dokáže chránit vojenská vozidla nebo policisty za mobilními štíty před střelnými zbraněmi nebo výbušninami. Novou příležitost pro něj našli vědci v oblasti konstrukce trezorů. V roce 2021 přesunuli část výzkumu pod hlavičku univerzitního spin-offu, nyní start-upu, TriCera.

Řada výrobců pancéřování spoléhá na spojení keramiky s polymerní matricí nebo nabízí ocelový pancíř. Varianta s polymerem je pro svou nízkou hmotnost vůbec nejběžnějším typem pancéřování. Má však malou teplotní a mechanickou odolnost a nevyniká dlouhou životností. Ocelové pancéřování je zase velice těžké a znesnadňuje mobilitu lidí i vozidel. „My jsme šli cestou mezi dvěma dosavadními řešeními. Chtěli jsme spojit keramiku něčím, co by mělo větší životnost a hlavně teplotní odolnost. Tak jsme v balisticky odolném kompozitu v podstatě nahradili polymerní lepidlo hliníkovou slitinou,“ popisuje počáteční pokusy Kachlík. Roztavený kov však keramiku nesmáčí a tak s ní nevytvoří pevné spojení. Chová se podobně jako rtuť z rozbitého teploměru, která se rozpadne na rovné podlaze do nespojitých kuliček. Testované pancíře z tohoto materiálu vypadaly na první pohled v pořádku, ale kvůli nesoudržnosti keramických těles s matricí přestaly být po první střele účinné.

Pomohla až povrchová úprava keramiky, která zaručila odolné spojení kovové matrice s keramikou i po několikanásobném zásahu průraznými projektily. Vznikl tak synergický keramicko-kovový pancíř, který díky kombinaci nižší hmotnosti, mechanické a teplotní odolnosti našel uplatnění nejen v ochraně obrněných vozidel.

Aktuálně Martin Kachlík s kolegy řeší projekt „Pokročilé balistické štíty pro osobní ochranu“, na kterém spolupracují s Policií ČR. Cílem je mobilní balistický štít pro speciální jednotky, který by měl i vysokou odolnost. Měl by odolat i v situacích, po kterých se aktuálně používané keramicko-polymerní štíty vyřazují: „Když policista potřebuje z taktických důvodů štít shodit ze schodů nebo použít jako žebřík, tak výrobci už nedokáží zaručit jeho balistickou odolnost,“ vysvětluje Kachlík. S novým a odolnějším modelem s keramicko-kovovým pancířem by tak policie mohla štít využívat opakovaně pro širší spektrum hrozeb.

Před dvěma lety založili výzkumníci spin-off TriCera, který se začal podílet na výzkumných aktivitách, které by v rámci univerzity nemohly být uskutečněny nebo jen velmi obtížně. Spin-off měl pomoci nabízet vyvíjené technologie co nejrychleji do praxe. Zpočátku se zdálo, že největší zájem bude o vojenské aplikace nových materiálů. S válkou na Ukrajině se ale situace změnila.

Martin Kachlík vysvětluje důvody: „V evropském vojenském průmyslu se dbalo především na kvalitu a vývoj, ale nikoliv na kapacitu výroby. Nikdo nepředpokládal, že by mohl v Evropě vzniknout konflikt, kde by bylo denně zničeno tolik vojenské techniky. Mnoho dalších let se tak budou firmy soustředit hlavně na doplňování skladů a vývoj tak bude pravděpodobně upozaděn.“

S uvedeným souvisí i další potíž. Pokud se zpomaluje vojenský vývoj, pak je pro malou firmu jako TriCera velmi složité nabízet dílčí inovace pro již existující řešení: „Na vývoji bojového vozidla je nutné spolupracovat hned od začátku. Výrobci musí projít velmi náročným testováním nejen balistické odolnosti, a kdyby změnili jen jeden šroubek, tak je musí v podstatě podstoupit znovu. Použití nového materiálu pro již existující řešení je tak pro výrobce bojových vozidel značně nevýhodné.“

Proto se začali výzkumníci soustředit na civilní sektor, kde je pro inovace ještě kapacita. Nadějný je nejen projekt mobilních balistických štítů pro policii, ale nově se otevírá šance na aplikaci keramicko-kovového kompozitu pro novou generaci trezorů. I pro tuto oblast je důležitá vysoká mechanická a teplotní odolnost, ale také snížení hmotnosti oproti konkurenčním trezorovým řešením z oceli a betonu. „Snížíme-li hmotnost trezoru, při zachování vysokého stupně ochrany, tak nemáme prakticky konkurenci. Takové trezory by se totiž mohly používat i tam, kde to dosud nebylo možné například z důvodu únosnosti podlah a podobně. Předběžné testy nám už ukazují, že to je velmi nadějná cesta,“ přibližuje Kachlík.

Vědci z CEITEC VUT patří mezi světovou špičku v oblasti keramicko-kovového pancéřování. Jejich certifikované řešení nikdo jiný nevyrábí. Je ho však třeba intenzivněji propagovat zejména v rámci komunikace B2B (business to business). K tomu by měla pomoci i účast na veletrzích jako je brněnský Mezinárodní veletrh obranné a bezpečnostní techniky – IDET. TriCera zde představí jak pancíře pro obrněná vozidla nebo policejní štíty, tak ukázku možného řešení pro trezory.

Výsledky, kterých dosáhli Martin Kachlík a Jakub Roleček, jsou dokladem vysoké úrovně materiálového inženýrství, ale také diverzity výzkumu na VUT. „Vystudoval jsem materiálové inženýrství a k tomu se tedy nejvíce hlásím. Snažím se hledat to nejlepší řešení pro danou aplikaci. Je to částečně fyzika, částečně chemie a přestože si to mnozí nemyslí, je to i z velké části konstruování a technologie výroby. K úspěchu vede různorodě poskládaný tým, v rámci kterého lze k problémům přistupovat z různých úhlů a říct, že nápad je například ze tří směrů dobrý, ale kvůli tomu čtvrtému se musí předělat.“ dává nahlédnout do chodu výzkumného týmu Martin Kachlík.

(kub)

Témata

Související články:
Poškozenou chrupavku nahradí implantát z 3D tiskárny, tvrdí Vojtová
Vědci dokáží předpovědět, jak se bude embryo vyvíjet. Odhalí tak genetické vady
Na CEITEC VUT mají už druhého vědce s ERC grantem. Petr Neugebauer se bude zabývat paramagnetickou rezonancí
"Na robotech pracujeme od prvního návrhu po poslední šroubek. Nechceme dvacet let bádat nad něčím, co nelze vytvořit," říká Luděk Žalud
Pavel Pořízka z CEITEC VUT: Při studiu je důležité cestovat, nabírat zkušenosti i navazovat mezinárodní kontakty