Успехи в области керамической брони пол дж. Хейзелл

В Настоящее время существует непрерывно возрастающая потребность в болеее легких и меньших по габаритам боевых Бронированных системах. Ожидается, что боевые боевые машиные машиные машины будут легче легче по габаритам благодаря повышенным требованиям к лучшей стратегической мобильности. Этому способствует современная броневая керамика, которая является очень прочным материалом, Фактически она обладает значительно более высокими характеристиками по сравнению с имеющимися самыми прочными сталями. Это полезное свойство можетво можетво быть использовано для Брони, в которой снаряд (пуля) или кумулятивная струя прилагают сжимающую нагрузку на материал.

Западные вооруженные силы увеличивают свое присутствие за границей, где основная угроза представлена ​​значительным Распространением тяжелых пулеметов (Нmg) Или выстреливаемых с упором в плечо противотанковых средств типа рпа рпг. Эту проблему часто усугубляюют политические и (или) оперативные требования, выполнение которых требует главным образом Использования Легких боевых боевых бронированных машин, в основном колесных, которые по своей конструкции и ограничениям по Массе отличаются довольно низким уровнем броневой защиты от огнестрельного оружия (обычно от 7,62-мм оружия). В связи с таким положением положением возникает требование к производству брони, обеспечивающей лучшую защиту личного личного состава При Одновременном сведении до минимума Ее полной массы.

Хорошая защита в сочетании с малой массой играет важную роль в собственной защите личного состава, об этом знает Любой солдат, Ведущий боевые боевые действия в Ираке Или Афганистане. Взять, например, Личный бронежилет (ABB) Сухопутных войск сша. Первоначальная Его концепция состояла из верхнего тактического жилета (oTV) и двух носимых керамических вставок, Спереди и сзади защищающих солдата от поражения стрелковым оружием (Sapi). Однако из-за серии сертельных случаев в Ираке и афакеистане в Iba был внесен ряд дополнений. Самым значительным из них была Быковая защита от огнестрельного оружия (eSBI), осуществленная улучшенными боковыми Вставками, А также расширенная защита с дополнительнымими приспособлениями, закрывающими плечи. Для этой цели были использованы пластины sapi və esbi, которые обеспечивают лучшую защиту от винтовочных пуль с высокой Начальной скоростью. Этот уровень улучшенной, Но легкой защиты был достигнут только припользовании керамических материалов.

Рисунок 1 - эта керамическая пластина Sapi, Часть

Бронежилета, спасла жизнь своему владельцу в Ираке.

Рисунок 2 - Новый бонежилет, обеспечивающий защиту уровня 4,

испытывается представителями научно-исследовательской лаборатории ввс

На авиационной базе wright-patterson, шт. Огайо. Этот бонежилет включает новую формуй керамических пластин, которые могут выдержать больше

ударов пулями, çex sikkennyu, krome togo,

Он имеет защитные устройства для бицепсов и ребер.

Рисунок 3 - Пластины, Вставляемые в бронежилет,

Находятся в массовом производстве фирмой фирмой.

Основные соображения по керамической броне

Большинство Людей Ассоциируююююююююююююююю «Керамика» с глиняной или фаянсовой посудой, Которую они используюют дома, Или Кафелем, Используемым на стенах ванной комнаты. Керамические материалы использовались в домашних условиях тысячелелелелетиями, однако эти материалы стали началом Керамических материалов, которые применяются в настоящее время в боевых бронированных malarh.

Слово «Керамика» обозначает обожженные вещи »и фактически современная машиностроительная керамика, подобно своим Двойникам на базе глины, требует для своего производства значительного нагрева. Однако главной разницей Разницей керамикой, Которую мы выбираем для использования в качестве брони, и керамикой, Которую Мы находим дома, Является прочность. Современные боневые керамики Являются очень прочными материалами и фактически при сжатии они могут быть значительно прочнее, чем имеющиеся самые прочные стали (sm. 1). Это полезное свойство свойствоется для бони, в которой снаряд или кумулятивная струя прилагают сжимающую нагрузку на Материал. Керамики, конечно, имеют ахиллесову пяту » Они слабы на растяжение и, следовательно, они способны выдерживать только очень оченькие количества доличества дормации (Удлинениение до разрушения), как показывает таблица 1. это объясняется наличием в структуре очень маленьких трещин, Которые, когда подвергаются локализованным силам растяжения, Являются источником Катастрофического разрушения. Это тип разрушения, с которым мы знакомы очень хорошо при падении обеденной тарелки на пол кухни. Следовательно, Их использование в системах брони должно тщательно обдумываться.

Таблица 1 - Некоторые свойства Броневых керамик по сравнению с катаной гомогенной броней броней броней (rha)

Керамики в Броневом применении применении работают в значительной как элементы устройства разрыва в конструкции многослойной брони. Целью этих материалов в конструкции многослойной брони является разрыв на осколки подлетающего снаряда или быстрое ослабление Его. Другими словами, Кинетическая энергия снаряда рассеивается броневым материалом разбивая снаряд на осколки и Пенацеливая энергию получающихся в результате осколков в сторону от защищаемой конструкой конструкции. Другие элементы в многослойной конструкой как будут действать как «поглотители», то есть они поглощают кинетическую энергию снаряда за счет пластической деформации или расслаивания, Таким образом превращая ее в более низкую форму энергии, Такую как теплота.

Рисунок 4 - механизм поражения пробиванием плиты

композитной / гибридной брони.

Большинство систем систем оптимизировано для «разрыва» и «поглощения» кинетической энергии подлетающего средства угрозы. Так, Возьмем 7,62-мм / 39 пулю ак-47. Примерно 6 mm подходящей керамики, связанной с полиамидной стороной, Такой как Kevlar, Было бы достаточно, Чтобы вызвать значительное разрушение сердечника пули. Разбивание сердечника связано также с радиальной дисперсией. То есть, Осколки сердечника приводятся в движение перпендикулярно, когда снаряд пытается пробить систему. Это уменьшает плотность кинетической энергии снаряда (Кинетическая энергия, Деленная на площадь поперечного сечения Снаряда) və, следовательно, Уменьшает пробивную способность.

Начало первого иссласти типов брони, облицованной керамикой, может быть отнесено к периоду как раз раз После первой мировой мировой саровой сперме, kogda в 1918 году майор невилл Майор Монроу Хопкинз экспериментально наблюдал, Что 0,0625 Дюйма Твердой эмали, Нанесенной на подвергающуююся удару сторону стальной цели, увеличивало ее защитные возможности. Несмотря на это это раннее открытие, применение керамических материалов Является относительно недавним способом повышения Защитных свойств в таких странах, как великобритания. Однако этот способ нашел Широкое использование в советском соеннослужащими сша во время вьетнамской войны. Здесь Использование керамических материалов вызванов вызвано попыткой уменьшить потери летчиков вертолетов. Например, В 1965 году вертолет uh-1 huey был оснащен комплектом композитной брони с твердым покрытием (HFC), Используемым в Бронированных сиденьях пилота и второго пилота. Сиденья Обеспечивали Защиту от 7,62-мм бронебойных (ар) боеприпасов снизу, с боков и сзади благодаря использованию Облицовки из карбида и основания из стекловокна. Карбид Бора Бора Является Одной из самых легких керамик, которые могут использоваться в броне (и по по хорошей причине). Он имеет примерно 30% от массы стали стали того общема и в то же время величину твердости, Которая обычно в шесть раз Больше твердости катаной гомогенной броневой стали (см. Табл. 1).

Рисунок 5 - сиденья вертолетов Являются типичным примером применения

Керамической брони. Слева Направо: Сиденья Вертолетов Tiger (Фирма Bae Systems Advanced Ceramics Inc), AH-64 Apache, в котором используется

Карбид Бора жесткого прессования (фирмы Simula Inc)

и MH-60 Blackhawk (Firma Ceradyne Inc.).

Конфликт, Конечно, Дал далщем новым идеям, А необходимость защитить экипажи вертолетов привела к обширным Исследованиям. Именно эта эта работа, выполненная учеными сша в 1960-годы, создала базу для совершенствования в настоящее время Характеристик Керамической брони.

Механизм воспрещения пробивания преграды снарядом

Прежде чем углубиться в изучение современных успехов в технологии керамической брони, полезно рассмотреть механизмы, за счет которых система на базе керамики способна разрушать снаряды. Ранняя работа М. Л. Уилкинза и Его коллег из коллег из Лабораторий сша создала основу для понимания того, что фактически происходит, когда пуля Стрелкового оружия наносит удар по цели с керамическим покрытием.

В момент удара ультразвуковые волны нагрузки распространяются в керамику и вдоль сердечника пули. Волны в обоих этих материалах разрушаются, для керамики это становится проблемой, когда волна сталкивается с Периферийной поверхностью раздела Или Исамом Слеем со со со со со сомежду керамикой и защитным слоем. Большинство Типов Керамической брони в настоящее время создается премя создается полимерного связующего материала, Который по своей природе имет низкую жесткость и плотность. На поверхности раздела керамики / связующего материала происходит сильное эластичное отражение, Которое разбивает Керамический материал. Кроме этого, происходит сильная сдвиговая волна, которая буквально «расстегивает как молнию полимерный связующий Материал и, следовательно, Отсоединяет керамическую плитку от опоры. Однако в это время материал под средством пробивания сжимается; Конические трещины исходят от места удара и это они ведут к ведут к ведут кобразованию конуса в материале, что в большинстве Случаев, Распространяет нагрузку от пули по более пирокой площади поверхности (см. 6). 6).

Рисунок 6 - Модель Ansys AutodyN-2D, Показывающая образование

Конуса нагрузки в керамике под под пробивающей пулей. Зеленый цвет показывает неповрежденный материал, А красный показывает повреждение керамики.

Голубые области показывают неуупругую деформацию; можно увидеть,

что пластическая деформация задней плиты происходит как раз раз

Под образуемым нагрузочным конусом керамики.

Это первое преимущество, которое обеспечиваетсяетсяется керамикой. Как уже упоминалось, керамика очень твердая и эта высокая твердость обеспечивает сопротивление пробиванию. Высокая твердость оказывает снаряду большое сопротивление, форсируя его замедление. Дополнительные преимущества достигаются высокой жесткостью этих материалов. Машиностроительная керамика обычно в два раза жестче стали; жесткость увеличивает свойство, Называемое акустическим сопротивлением, которое воздействует на интенсивность Сверхзвуковой волны, воздействие которой направлено назад по стержню снаряда. Это очень важно, так как как керамика с высоким акустическим сопротивлением приводит квысокой интенсивной интенсивности воздействия Ультразвуковой волны наряд, вызывая его повреждение прастяжении.

Против кумулятивных струй, таких как как образуемые гранатами РПГ-7, керамические материалы, Кажется, обладают магической Способностьть противостоть пробиванию. Разгадкой здесь Является Охрупчивание (хрупкое противодействие) Материала. Когда кумулятивная струя проникает в керамику, она разбивается на очень мелкие осколки ограниченном для материала проникающей струи районе. Следовательно, Каверна, Которая образуется под воздействием кумулятивной струи, Является относительно бесформеной и Струя теряет свою форму, когда она стремится пройти через этот материал. Интересно, обнаружено, Что обычное флоат-стекло (То есть стекло, которое находится в окнах жилых домов) takje Является эффективным в качестве броневого материала против кумулятивных струй. Однако следует подчеркнуть, что эти высокие проявляются проотношении массы на массу, Если сравнивать со Сталью. Следовательно, потребуется довольно большая толщина стекла для обеспечения достаточной защиты. Оконное стекло толщиной 3 mm устоит против струи гранаты рпг-7 !!

Однако интересная концепция была предложена на 13-ом европейском симпозиуме по боевым броированным Машинам Машинам (AVV), Проводимом Университетом Cranfield University в военной академии великобритании (30 апреля-2 мая 2008 года). Во время этого симпозиума профессор манфред Хелд (изобретатель взрывной реактивной брони) обсуждал возможность Создания прозрачной взрывной реактивной брони (era), То есть, Брони, в которой в качестве материала противодействующей плиты используется стекло. Если Бы Использовалась прозрачная взрывная жидкость вместо обычных составов рвх, можно было бы бы производить полностью прозрачную систему era. Однако, как подчеркнул профессор хелд, эта система будет очень тяжелой, Так как как как кадняя плита (основной броневой Защиты) Должна быть очень очень очень и достаточно жесткой, так чтобы она не воздействовала на сидящего за ней ней члена экипажа, когда детонирует взрывчатое вещество взрывной защиты. Толщина Неподвижной задней плиты должна порядка 150- 200 mm по сравнению с 10- 20 mm передней противодействующей плиты.

Керамические материалы обладают также хорошим механизмом упрочнения при нанесении удара при более высоких скоростях Поражающих элементов. Это особенно полезное свойство при воздействии кумулятивной струи, Так как прочность керамики, в этом случае, Значительно увеличивается при этих очень высоких темпах нагрузки. Это хорошее свойство для разработчика брони. По мере увеличения прозрастает сопротивление пробиванию и, следовательно, струе или снаряду все труднее пробивать такую ​​преграду. Именно этот механизм упрочнения дпатериалы особенно оенными остановке самоформирующихсящихсящихщщихсящихщщих элементов типа «ударного ядра» (efp). Недавно боевые боевые части чазе базе базе привлекли серьезное внимание благодаря использованию их повстанцами в Ираке, имеющими значительные запасые противотанковых мин советской эпохи, в которых используются элементы efp. Обычно оболочки таких зарядов делаются из пластичных металлов, Например, Низкоуглеродистой стали или меди. Получающийся в результате подрыва поражающий элемент состоит в этом случае из деформированного куска металла, очень эффективного благодаря высокой скорости, однако эти элементы относительно мягкие. В Более усовершенствованных элементах efp используется тантал (очень дорогой итериал из-его использования в Мобильных телефонах). Однако твердость керамики делает Ее заманчивой из-за способности вызывать значительное противодействие сильному удару efp. Одним из из примеров керамической брони для защиты от efp является плита, устанавливаемая на некоторых машинах под днищем для защиты от мин.

Рисунок 7 - компоненты керамической брони фирмы Coors-tek

для применения в броне машин.

Рисунок 8 - Машина Bull Класса MRAP II, Разработанная фирмами Oshkosh

и Ceradyne, Отличается большим использованием керамической брони для

Обеспечения от зарядов типа «ударное ядро».

Керамические материалы для применений на поле боя

Оксид Алюминия

В 1980-е годы в большинстве систем защиты защиты керамики, которые использовались на поле боя, употреблялялся оксид Алюминия, известный иначе как глинозем (alüminiina). Оксид Алюминия относительно недорогой в производстве и даже довольно тонкие элементы защиты его его его могли Остановить пули стрелкового оружия, Выстреливаемые с высокой скоростью. Как отметил В 1995 Году С. Дж. Роберсон из фирмы Advanced DefencAncaterials Ltd, имеются значительные улучшения характеристик систем защиты при использовании оксида Алюминия по сравнению с другими керамическими / композициоными материалами. А ис использовании систем с карбидом кремния и карбидом бора дополнительная баллистическая характеристика мала при значительных дополнительных затратах. Хотя Кривая Несколько изменилась с 1995 qoca, соотношение остается прежним. Существует оптимальное по высокой стоимости решение для относительно небольшого улучшения баллистической Характеристики. Однако преимущество добавленной защитрельного оружия (хотя и небольшой) может быть заманчивым, если Требуется минимальная масса, Например, в самолетных или Личных (индивидуальных) Системах защиты.

Рисунок 9 - поверхностная плотность различных типов материалов,

Требуемая для защиты от 7,62-мм бронебойных пуль,

по сравнению с их относительной стоимостью.

Оксид Алюминия Широко ироко используется в системах индидуальной защиты Личного состава, А также в системах защиты машин. В великобритании первая система защиты для лястава массового производства, в которой использовались Керамические плиты, была введена в северной ирландии. Базовая мягкая система защиты, известная как боевая личная броня (сва), Является составной и состоит из основного элемента из найлонового и полиамидного волокна, которому могут добавляться 1-кг плиты из композионнонного материала с полиамидным волокном, облицованные керамикой для обеспечения защиты сердца и основных органов от высокоскоростных винтовочных пуль (см. Рис. 10). Они подобны плитам SARI, Которые привлекли широкое внимание военнослужащих сша.

Рисунок 10 - Боевая Личная система защиты (сва),

Показан карман для вставки керамической плиты.

Рисунок 11 - процесс задержки сердечника пули арм2 из

Закаленной стали плиткой оксида алюминия на стальном основании.

Карбид бора

Несмотря на нкономическую эффективность оксида алюминия ольшинство пуль стрелкового оружия При относительно хорошей эффективности по массе, свой путь на рынок керамической брони нашли другие керамические Материалы. Самым известным Является Карбид Бора - Материал, Который впервые использован в 1960-годы. Он невероятно твердый, но также невероятно дорогой и поротой и поротойуется только в самых экстремальных условиях, v Которых желательно компенсировать несколько массы структуры, например, как в сиденьях экипажа самолета V22 osprey. Другой пример использования карбида бора был в производстве системы усиленной личной защиты (eVA). Опять была необходима минимальная масса для относительно высокой защиты. Она была введена британскими сухопутными войсками для обеспечения защиты от 12,7-мм пуль со стальным сердечником и Содержала в себе комплект «тупой травмы». Тугдая травма происходит, когда защита не пробивается, но передача импульса удара вызывает большую Деформацию в слое Опоры, ведущую кушибам, серьезным травмам основных органов и даже стерти.

Карбид Бора бора производился фирмой bae sistemləri Advanced Ceramics Inc (официально Cercom) və интегрировался в виде вставок, защищающих от стрелкового Оружия (Sapi), в систему личной защиты-бронежилет (ABB). К 2002 году было поставлено на вооружение 12000 takix плит с карбидом бора.

Рисунок 12 - Новый прцесесс формирования Карбида Бора, Разработанный

институтом технологии технологии штата джоржия, позволяет создавать сложные

изогнутые формы для использования в касках и других элементах

личной защиты. На снимке показана опытная каска малого масштаба.

Карбид Бора Является Материалом в высокими характеристиками. Однако кроме кроме кроме кровероятной твердости твердости материет этот материал, и Его невероятно низкой плотности, он имеет один Потенциальный недостаток. В последние годы есть некоторые основания предполагать, что он не он он онет действать так хорошо, как ожидают, при Пробивании Высокоскоростными пулями с плотным сердечником. Bəli, как полагают, обусловлено Физическими изменениями, которые происходят с материалом, когда он подвергается сильному удару, вызываемому этими боеприпасами. Фактически при испыпределенным Алюминиевым Материалом в Качестве опоры есть основание предполагать, что Против Особых снарядов на базе карбида вольфрама определенные марки карбида бора действуют также хорошо, как и Преграды из окисла Алюминия. Это Несмотря на бльшую Твердость Карбида Бора. Обнаружено также, что когда карбид бора связан с слоистым пластиком, Армированным волокном, происходит Явление «Разрушения промежутков». Это происходит там, где обнаруживается двойная скорость v50 (скорость, при которой ожидается, что 50% снарядов полностью Пробьют цель). Раскрытия (Действия) двойной скорости v50 обычно объясняюютсяются переходом от пробивания цели неповрежденным снарядом к Поражению цели разрушенным снарядом на более высоких скоростях. Однако работа научно-исследовательскельской лаборатории сухопутории суйск сша показала, Что воздействие при большей Скорости V50 На композиционный материал, облицованный карбидом бора, происходит в связи с изменением в процессе Образования осколков Керамики. Тем не менее, вывод из из из из изих результатов означает, Что толщина плиты из карбида бора должна быть больше, Чем Первоначально ожидали, чтобы защищать от этих плотных сердечников серядов с высокой скоростью. Имеется много данных, которые показывают, Что Карбид Бора Является Хорошим Керамическим материалом для использования Против стальных бронебойных снарядов.

Рисунок 13 - Рентгеновский снимок, Показывающий временные данные

Воздействия 7,62-мм сердечника пули арм2 на карбид бора. Показаны:

задержка, проникновение за счет эрозии, Осколки пули и поглощение.

Карбид кремния

«Последние годы годы керугие керамические материалы также показали значительную перспективу в обеспечении защиты от Огнестрельного оружия, но ни один из них не оказался более эффективным, Чем подверженные горячему прессованию образцы карбида кремния, которые производятся фирмами сша, Такими как Bae Systems и Ceradyneinc. Фирма Ceradyne, в частности, имеет длинную родословную в производстве керамических плиток для примениния с целью защиты, Будучи вовлеченной в этот прцессс с 1960-годов. Этот материал производится под общединенными нагревом и давлением, Чтобы изготовить невероятно изделие, Которое, как как доказано, обеспечивает высокое сопротивление пробиванию боеприпасами стрелкового оружия, А также Снарядами APFSDS. Во время изготовления обычно достигаются температуры примерно 2000 ° с.

Карбид кремния, в частности, показал невероятное сопротивление пробиванию, Вызванному Явлением, Известным как задержка во времени. Говоря просто, «задержка во во времени» это, когда снаряд, кажется, Буквально сидит (Отсюда задержка ») на поверхности Керамики некоторое время после после удара. Это Явление, которое можно видеть при использовании технологий высокоскоростной фотографии и вспышке рентгеновского Луча, Вызывается главным образом тем, Что керамика представляется более прочной, Чем снаряд, и, следовательно, снаряд Начинает течь радиально по поверхности керамики. Хотя это это это эавление наблюдалось в Начале 1990-х лабораториями сухопутных войск сша, ученые все еще пытаются разъяснить Механизм, Которым оно поддерживается в керамике. Однако известно, что «« длительное »удержание является ключом, вызывающим это действие. Одним способом, которым этого можно достичь, Является использование типа горячегего прессования для капсулирования Керамики с помощью металлических накладок. Следствием этого этого этого прцессса вызывание высоких сжимающих напряжений в керамическом материале посредством Теплового Рассогласования металлических и керамических слов при охлаждении. Эта предварительная нагрузка в конечном счечном обеспечивает керамике преимущество. Второе преимущество обеспечивается обеспечивается окантовкой керамического материала металлическими накладками увеличением Возможности выдерживать многочисленные попадания. Это ограничение действует для сохранения всех осколков в Едином общеме и, следовательно, увеличивает эрозийную Способность Брони при дополнительных выстрелах.

Относительно недорогой карбид кремния может производиться также посредством процесса, известного как соединение Реакцией. Этот прцесесс обеспечивает точный размер керамического изделия, тогда как другие как традиционные методы обработки не Позволяют получить этого из-за высоких температур и давления. В этом случае химическая реакическая реакическая основой для производства керамического изделия. Реакция соединяет исходные материалы керамики, Используемые для определеных видов брони при брони призкой угрозе. Однако часто в структуре керамики откладываются побочные продукты в форме «пудлинговых криц», которые могут Образовать слабые места в керамике. Для карбида кремния, полученного соединительной реакцией они принимают вид кремния - относительно мягкого материала.

Рисунок 14 - Микроскопическая структура (Сверху вниз): Связанного

Реакцией Карбида Кремния, Спеченного Кремния и Карбида Бора.

Рисунок 15 - Новая Гусеничная боевая машина puma Является одной из

Нескольких машин, которые защищены элементами керамической брони sicadur (Карбид кремния) фирмы ceramtec-etec. Эта машина

находится на вооружении германских сухопутных войск.

Другие композиционные материалы

Другие керамические материалы, например, нитрид кремния и нитрид алюминия показали относительно малую перспективу в деле производства керамической брони.

Имеются сообщения, Что нитрид алюминия был принят на некоторых бронированных машинах, однако их немного. Нитрид Алюминия Является странным Материалом, эта странность заключается в том, что он работает лучше лучше бечше бечше бечше беличенных Скоростях удара (обладает высокой стойкостью), однако при баллистических скоростях, встречаемых на сегодняшнем поле Боя, ОН обладает относительно низкой стойкостью.

Керамический материал с карбидом вольфрама также рассматривался для применения в средствах защиты и, Хотя он Относительно дорогой и довольно плотный (Номинально в шестьно в шесть раз прарбида кремния), он очень прочный и вызывает высокое акустическое сопротивление удару. Это последнее свойство является главным и используется в защитных устройствах (системах) для возбуждения в стержне пули напряжений большой Амплитуды, Что в конечном счете приводит к его разрушению. Полагают, что только объектам относительно тонкой боневой защитой, обеспечения стойкости от обстрела Бронебойными (ар) Боеприпасами, Такой материал может обеспечить потенциальные возможности экономии заброневого Пространства, когда масса не Является определяющей.

Прозрачные керамические материалы

В последние годы проведена значительная работа по поиску альтернативы пулестойким системам остекам остекления, Которые Используются (в качестве ветрового стекла) на таких машинах, как Humbvee. Современные традиционные прозрачные системые системы овляются относительно тяжелыми, особенно, когда они требуются для защиты Больших секций (окон). Это вызывает проблемы приработке защиты легких машин. Традиционно системы остекления таких машин состоят из нескольких слоев стекла, Каждый из которых отделен полимерным слоем и удерживается поликарбонатным слоем. Эти типы систем могут иметь массу до 230 кг / м²100 mm мм мм мм мм мм мм обеспечения защиты уровня 3 по стандарту Stanag Səviyyə 3 (от 7,62-мм пуль). Стекло для окна окна размера машины машины машины машины малщиной и толщиной составляет массу примерно 250 кг плюс стальные пазы необходимой Толщины для его установки. Общая масса полной системы должна быть, вероятно, значительной.

Прозрачные керамические материалы обеспечивают заманчивую альтернативу пулестойким системам остекления, Так как эти Материалы имеют присущую им твердость, которая гораздо больше твердости оконного стекла. Это обеспечивает разработчиам защиты возможность уменьшить Ее массу и толщину. В Настоящее время существуююх кжизнеспособных варианта материала для использования в прозрачных элементах защиты, ими Являются оксинитрид Алюминия Алилиния Или Alon, Алюмомагнезиальная Шпинель Или Шпинель и однокристаллический оксид алюминия (Сапфир).

Оксинитрид Алюминия Или Alon может быть получен в качестве прозрачной поликристаллической керамики путем обработки Технологических маршрутов, Которые используются для получения обычной непрозрачной машиностроительной керамики. Обычно alon будет будет производитсься синтезированного порошка, которому затем может придаваться форма и Который потом может спекаться в Азотной атмосфере.

Рисунок 16 - этот испытательный кусок прозрачной брони,

Изготовленный из alon, Выдержал удар 7,62-мм пули.

Шпинель может быть поучена путем путем уплотнения коммерчески доступного порошка либо путем горячего прессования, Либо Путем спекания без давления. Кроме того, для улучшения механических свойств и прозрачности трезрачности требуется горячеее изостатическое прессование образца. Этот прцесесс включает образцу образцу равномерного давления газаия газа и нагрева. Основным преимуществом по сравнению с Одноосевым Горячим прессованием является то, Что давление применяется одинаково во всех направлениях, А не просто в ноправлении. Результатом этого эвляются бóляются бóльшая однорость материала и микроструктуры без преимущественной ориентации, что приводит к более высоким прочности и прозрачности.

Рисунок 17 - Многочисленные попадания 7,62-мм / 54r пулями драгунова

в прозрачную керамическую броню амар-т фирмы iBD.

Рисунок 18 - Сверхлегкая защита AMAP-R плюс защита

От поражающих элементов типа ударное ядро ​​(efp).

В настоящее время эти три керамических материала являются дорогостоящими в производстве, а это значит, что их Использование Еще Езервируется для очень Малых областей использования. Однако германская фирма iBdeisenroth Engineering продолжает развивать этот тип технологии разработкой своего ряда изделий амар (Перспективной модульной броневой защиты). В своем изделии амар-т, где т означает прозрачная, фирма использует прозрачные керамические материалы для повышения Защиты до уровня 4 по стандарту Stanag. Эти данные означают, Что этот тип защиты сможет успешно остановить многочисленные удары с близкого расстояния 7,62-мм / 54r бронебойными боеприпасами драгунова со стальным сердечником. Достижение защиты уровня по стандарту Stanag с помощью прозрачной брони является впечатляющим при наличии угрозы Нанесения удара 14,5-мм / 114 пулей в32 с расстояния 200 м скорости 911 м / с.

Новые подходы

В Отличие от средств защиты для лящиты состава (бронежилет) Броня машин не ограничивается потребностью в Гибкости; Скорее обычно желаемыми качествами высобность выдерживать многочисленные попадания и обеспечить Ремонтопригодность. Ранние способы использования керамических материалов включали заделку керамических сфер в переднюю часть отливок Башен Советских основных оевых танков для обеспечения отклонения и эрозии бронебойного снаряда. Это занятие интегратие интегралией продолжалось с некоторыми такоторыми т- 72 и Т-80. Однако большинство керамических керамических систем изготавливалось как дополнительный комплект, то есть, система элементов брони, Которые могли крепиться к корпусу машины. Эти дополнительные комплектельные костоят из керамических материалов, сочетании со со со со со соями других Материалов, Которые обычно не видны пользователю.

Одним таким примером является система Son (техника легкой дополнительной системы), Которая использовалась Морской Пехотой сша на Машинах LAV (8х8). Система Брони Son Состоит из Шестит из Шестит из шестинных модулей керамической брони, которые крепятся к корпусу машины с помощью клея, склеивающего при надавливании. Плитки могут укладываться (слоями) для повышения уровня защиты, затем может применяться баллистическая обшивка для Управления сигнатурой. Были разработаны подобные образцы, в которых использовались крепежные крюки и петли velcro установки керамических плиток на на Бортах машин С целью снижения сложности работ на театре военных действий (в боевой обстановке).

Такой метод крепления Использовался В 1990-годы с Броней romor-c Фирмы Royal Ordnance (теперь это часть групппы bae sistemləri). Эта Броня состояла из слоев Керамики из оксида Алюминия, приклеенных к GFRP (Стеклопластиковой) / Алюминиевой Конструкции. Обнаружено, что этот тип соединения, который используется в производстве брони такой конструкции, Является Вполне Решающим, и замечено значительное снажение характеристик, если производитель не использует правильный клей. Обычно желательна хорошая прочная связь, которая не допускает никакого скольжения между задней поверхностью керамики и конструктивным элементом, с которым она соединена. Хотя какая-то работа, направленная на совершенствование качеств клея и производилась, она имела относительно малый успех. Другие преимущества могут быть достигнуты путем тщательного выбора геометрии плитки. Например, шестиугольные пестиугольные плитки удовлетворяюют требованиям (sm. Систему son), Так как они сводят до минимума разрушительные действия границ. Недавно научно-texnическая лаборатория министерства обороны великобритании запатентовала шлестиугольный элемент для Использования в мозаичной компоновке. Этот особый элемент имеет выступы, которые отделяют его от соседних, предотвращая, Таким образом распространение «Повреждения» (ударной волны) по боне.

Предотвращение распространения ударной волны от плитки к плитке плитке плитке ия явой идеей и фактически некоторые будут Утверждать, что она устуму устуму разумному решению советского союза вставлять керамические сферы в башни его танков. Одной из из из из из более успешных систем брони, в которых используется эвляется легкая усовершенствованная броня Защищающая от поражения огнестрельным оружием (liba), разработанная фирмой Mofet Etzion Ltd (Израиль). Эта Броня состоит из многочисленых керамических элементов, которые вставляются в резиновую матрицу. Эта боня может производиться так, что она обеспечивает защиту от 14,5-мм бронебойно-зажигательных (API) Боеприпасов, и имет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что отдельные элементые элементы могут заменены после их Повреждения. Панели Сохраняю Определенную степень гибкости и для более низких уровней защиты могут составляться почти в Любой форме. Следовательно, она может использоваться состава (в Бронежилетах), где, как утверждают, она Обеспечивает лучшую защиту от многих попаданий благодаря своей многосегментной конструк конструкции. Ее ипользование распространяется также на легкие бронированные машины. Она использована на машинах stryker сухопутных войск сша, находящихся на вооружении в Ираке и афанистане.

Рисунок 19 - крупный план модуля брони liba (легкой усовершенствованной брони, защищающей от поражения огнестрельным Оружием) Израильской

фирмы mofet etzion, показаны открытые шарики керамической брони.

Рисунок 20 - Результаты испытания стрельбой плиты liba

Убедительно демонстрируют способность материала выдерживать

многочисленные попадания.

Другие новые методы методы врони включают использование того, Что известно как материалы, сортируемые по Функциональным возможностям (FGM). Первоначально они исследовались в конце 1960-годов и в последние годы опять вызвали интерес. FGM Является Единой структурой, которая максимизирует преимущества керамики тем, что поверхность удара будет твердой, А задние слои будут металлическими и, следовательно, обеспечивают порошую пластичность и ударную вязкость. Это метод разрушителя / поглотителя, который мы ранее рассматривали. Такие материалы обычно состоят из керамической передней панели, спечеченной с последующими слоями с óльшим содержанием металла. Металлокерамические разрушающие слои могут так же использоваться в качестве наружных (передних). Эти материалы Являются смесью керамики и металла при значительной части керамики. Например, Лаборатории сухопутных войск сша провели эксперименты с моноборидом титана, Который уплотнен как Металлокерамика и состоит из семи семи слоев, Каждый с более высоким содержанием титана по мере того, как образец Рассматривается от передней панели (поверхности удара) к задней. Задняя поверхность состоит из чистого титана. Броня илюминиевого сплава облицовкой материалом обеспечила Лучшую Защиту от 14,5-мм снаряда в32 по сравнению с катаной гомогенной броней (rha). Потенциальным преимуществом этих материалов Является То, Что они могут обеспечивать лучшую защиту от многих ağır sikişmə, çimərlik, сама керамика, Однако современные данные говорят, Что их характеристики Еее Еее щиже ниже характеристик Более обычных броневых керамических материалов.

Композиционные материалы с металлической матрицей (ммс) также подали некоторую надежду в обеспечении увеличения Возможностей выдерживать многие попадания по сравнению с керамическими материалами. Один такой образец предлагает фирма Exote Oy. Она произвела композиционный материал с металлической матрилцей на основе карбида титана, Который, Как заявляют представители фирмы, обеспечивает зону повреждения, Которая лишь на 20-30% больше площади поперечного сечения пули. Композиционный материал с металлической матрицей применяется способом, подобным большинству керамических материалов, Соединением с опорным материалом, Либо со сталью, Алюминием, Либо с волокнистым композиционным материалом. При ударе конус (рассмотренный ранее) Распространяет нагрузку снаряда по относительно большой площади поверхности, Снижая таким образом плотность кинетической энергии, действующей на опорный материал. Твердые частицы карбида титана (~ 1500 vhn) Разрушают снаряд, но благодаря относительно жесткой металлической матрице, В Которую Вставлены Частицы, Распространение трещин ограничено. Производители утверждают, Что 7,62-мм - 51 mm пуля wc-co может быть остановлена ​​Броней с конструкционнонноннонноннонной плотностью Изделия 52 кг / м², Которая создана композиционным опорным материалом с волокном из ароматического полиамида. Эти композиционные материалы с металлической матрицей могут производиться производиться прцессаса Самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (shs).

Рисунок 21 - Броня exote фирмы exote oy разбивает пробивающий

снаряд и исключает поражение. Удар дробится и распределяется

по большей конусообразной поверхности, Которая эффективно

Поглощает энергию снаряда.

Коммерческие варианты

В эти дни существует много вариантов керамических плиток для приобретения систем личной защиты и полных комплектов Защитной брони для легких боевых бронированных машин. Фирма IB deisenroth, в чаstnosti, известна обеспечением защитных решений в течение свыше 20 лет. Ранним примером применения ее брони является система mexas (модульная, поддающаяся изменению система брони), Устанавливаемая на канадские бтр м113 для действий в боснии. Представители фирмы установили также подобную систему на разработанную фирмой mowagmashinu lav iii (8х8), опять же для Канадских сухопутных войск. В обоих этих примерах броня из керамических плиток mexas была успешно установлена ​​снаружи металлических корпусов машин. Эта Броня установлена ​​Также на Боевую Машину США Сообщениях говорится, Что она не она не она она она ишины во машины во машины мирной боевой подготовки, Так как она щна она щабавляет к Массе машины 3 т.

Имеется также много поставщиков керамического сырья, Хотя мы испытываем в Европе до некоторой степени ограниченные Поставки Материалов Горячего прессования. Керамика Горячегего прессования имеет тенденцию быть прочнеее и обеспечивать лучшую защиту от огнестрельного оружия и, следовательно, эти типы керамики заманчивы для создания брони. Одако спеченные керамические материалы, такие как Sintox Fa фирмы morgan martoc morc имеют длинную родословную в создании брони. Фирмы Мон-9, Етес, Ваее ваее ваее sistemləri, coorstek и также также производят большой ряд видов керамических материалов обычно от плит типа Sapi До плиток брони для машин и самолетов. Однако ключевым моментом разработки комплектов керамический брони является успешная интеграя интеграя их в систему, Которая Защищается, и, более того, гарантия, что они надежны в боевых условиях.

Можно предположить одну проблему, Которая беспокоит большинство командиров на поле боя, будет ли эта система защищать солдата. Большинство Мольшинство Основывать отношении керамических материалов на том, что они видели видели видели на кухне кухне при Разбивании Фаянсовой посуды. Но интересно, не говоря об обращении обрамической броней с помощью кувалды, большинство систем должно быть Достаточно упругим, Чтобы выдержать сильные удары или износ.

Оценка

Несмотря на высокие высокие варактеристики керамических материалов они не должны рассматриваться как единственный магазин Магазинов по обслуживанию систем защиты. Они Являются все же паразитическими по природе и, следовательно, не могут сделать существенный вклад в конструкцию Машины. Причиной этого этого ивляются их неспособность выдерживать усталостную нагрузку конструкцию и, не в меньшей степени, трудность производства керамических деталей сложной формы. Кроме того, Они обладают пониженной пониженностью выдерживать многие попадания по сравнению с другими материалами, Такими как сталь, Титан и Алюминий. При использовании металлов действие пробивания ограничено областью двух калибров от точки удара, А А а про Использовании керамических материалов это это это это эспространяется на всю геометрию пластины, Какой бы большой она Ни была. Əlavə Еважно, когда Одна из самых многочисленых современых угроз исходит от огня тяжелых пулеметов, Таких как Российский 14,5-мм кпв. Из этого оружия многие сотни пуль могут пуль выпущены по выбранному месту за минуты и, следовательно, в этих случаях Требуется хорошая способность выдерживать многочисленные попадания. Однако керамические материалы обеспечивают преимущества там, где вероятны лишь одиночные попадания, например, В Самолетах и ​​в применениях тяжелой брони. В Результате керамические материалы Широко испольях экипажей и полах бронированных вертолетов и Транспортных самолетов. Например, фирма вае вае вае вае вае вае вае монолитное ковшеобразное сиденье для летчика вертолета вертолета Вертолета Изготовленное с Использованием керамических материалов. Подобные сиденья были изготовлены с использованием Карбида Бора и опоры из из изиала Kevlar для вертолета ан-64, А также Самолета С-130. Использование керамической брони для сидений экипажа стало почти почти почтым методом защиты экипажа и обеспечило Керамике одно из первых направлений в военном использовании - вылеты вертолетов во вьетнаме.

Рисунок 22 - Задняя сторона толстой керамической плитки, Которая

Получила удар Высокоскорой пулей. В этом случае пуля

Была Полностью Остановлена, Однако повреждение

Распространилось На всю площадь плитки.

Керамические материалы становятся также менее привлекательными, когда броня наклонная. Размещение металлической брони под острым углом под острым боевых бронированных машинах было общим положением положением со времен Второй мировой войны, например, на танках, Таких как Т-34. Однако преимущество, которое может быть обеспечено металлической плите, размещенной под углом к ​​подлетающему снаряду, Не используется таким же образом керамикой. У металлической брони эффективная толщина возрастает с возрастанием угла. Следовательно, снаряд должен пробивать больше материала и одновременно подвергается изгибающей нагрузке благодаря Гометрии брони. Керамический материал под острым углом также увеличивает материала по линии прицеливания ларяда. Однако когда снаряд входит входит в соприкосновение с броней, полусферическая волна исходит из точи удара, но отражается в Раницу разделения между керамикой и опорным слоем в направлении, перпендикулярном границе разделения. Следовательно, разрушающая волна прастяжении не имеет отношения к преимуществу наклона. Следует подчеркнуть, керамические материалы материалы масе плохо действуют под острыми углами, но верно то, Что они не Действуют Так Хорошо, Как Думали Или Надеялись. Кроме того, они усиливают рикошетирование при больших углах наклона.

Будущее

Так куда могут пойти керамические броневые материалы? Для начала улучшенная способность выдерживать многочисленные попадания может уже в настоящее время достигаться путем Заключения Керамических материалов в подходящую оболочку путем путем рассредоточения керамики в конструкции типа матрицы (Например, liba), путем уменьшения размеров, как используется в мозаичных конструкциях брони, Или путем использования Менее Твердых, Но более улее улеее улерих материалов с прочной связью. Следовательно, Любое поступательное изменение в характеристиках материалатит приводит к упругому и все же твердому Материалу, Который способен выдерживать следующие один за другим удары снарядов. К сожалению, в отношении керамических материалов имеется общее общее правил, чем тверже вы делаете материал, Тем более Хрупким он становится.

Другие успехи могут успехи быть сделаны в обработке сырья и, в частности, снижения стоимости керамических материалов более высокого уровня, таких как как как как как какид титана, Карбид Кремния и прозрачные керамические материалы, рассмотренные выше. Альтернативно, Успехи могут стать заметными, когда исследователи начнут лучше понимать роль задержки как как поддерживать Ее. Или Могут Фактически появиться лучшего соединения, что обеспечит возможность соединять керамику с Металлической опорой без использования полимерных клеев. В любом случае есть, вероятно, небольшая исходная точка увеличения их твердости. В конце концов, они же же же же же же же же же же же же же ивляются одними изых твердых имеющихся материалов. И значительно тверже снарядов, которые они разрушают.