УСПЕХИ В ОБЛАСТИ КЕРАМИЧЕСКОЙ БРОНИ Пол Дж. Хейзел

В настоящето време съществува непрекъснато нарастваща потребност в по-леките и по-малко по габаритните боеви бронирани системи. Очаква се, че боевите бронирани машини ще бъдат по-леки и по-малко по габаритите благодарение на повишените изисквания към най-добрата стратегическа мобилност. Това позволява съвременната броневая керамика, която е много добър материал, всъщност притежава много по-високи характеристики в сравнение с имещите се най-добри стойки. Това полезно свойство може да бъде използвано за брони, в който снаряд (пуля) или кумулативна струя прилагат стискащото натоварване върху материала.

Западните въоръжени сили увеличават своето присъствие за границите, където основната угроза представлява значителна форма на тежки пулемети (НМГ) или изстрелвани с упор в плечо противотанкови средства тип РПГ. Този проблем често се губят политически и (или) оперативни изисквания, изпълнението на които изисква основното използване на леки бойни бронирани машини, основно колесни, които по своите конструкции и ограничения на масата се отличават с доста ниско ниво на защита на бронята от огнестрелно оръжие (обикновено от 7,62 -мм оружия). Във връзка с това положение възниква изискване към производството на брони, осигуряващо най-добрата защита на личния състав при едновременното свеждане до минимум нейната пълна маса.

Хороша защита в комбинация с малка маса играе важна роля в собствената защита на личния състав, за това знае всеки войник, водещ бойни действия в Ирак или Афганистан. Взят, например, личен бронежилет (IBA) на сухопътните войски на САЩ. Първоначалната му концепция се състоя от горната тактическа жилета (OTV) и две носими керамични вставки, предни и задни, защитаващи войниците от поражението на стрелковото оръжие (SAPI). Въпреки това из-за серия от смъртни случаи в Ирак и Афганистан в IBA беше внесен ред допълнения. Най-значимата от тях беше боковата защита от огнестрелно оръжие (ESBI), изпълнена с подобрени бокови вставки, както и разширена защита с допълнителни устройства, закриващи плечи. За тази цел са използвани пластини SAPI и ESBI, които осигуряват по-добра защита от винтовъчния пулс с висока начална скорост. Това ниво е подобрено, но лесно е постигнато само при използване на керамични защитни материали.

Рисунок 1 – Тази керамична пластина SAPI, част

бронежилета, спасла живота на своя владелец в Ирак.

Фигура 2 – Нов бронежилет, осигуряващ ниво на защита 4,

изпитва се от представители на научно-изследователската лаборатория ВВС

на авиационной базе Wright-Patterson, шт. Огайо. Този бронежилет включва нова форма на керамични пластини, които могат да издържат повече

удари пулями, чем съвременните пластини, освен това,

той има защитни устройства за бицепс и ребер.

Фигура 3 – Пластини, вставляеми в бронежилет,

се намират в масовото производство на фирма Ceradyne.

Основни изображения по керамичната броня

Повечето хора асоциират думата «керамика» с глиняна или фаянсова посуда, която използват у дома или кафене, използвано в стените на банята. Керамичните материали се използваха в домашни условия на хилядолетия, но тези материали станаха началото на керамичните материали, които се прилагат в момента в боевите бронирани машини.

Словото «керамика» обозначава «обоженните вещи» и всъщност съвременната машиностроителна керамика, подобно на своите двойки на базата на глини, изисква за своето производство значително нагряване. Въпреки това основната разница между керамиката, която избираме за използване в качеството на брони, и керамиката, която намираме в дома, е прочност. Съвременните бронзови керамики са много прочни материали и фактически при сжатии те могат да бъдат значително прочни, отколкото имащите най-прочни стали (см. Табл. 1). Това полезно свойство се използва за брони, в който снарядът или кумулативната струя прилагат стискащото натоварване върху материала. Керамиките, разбира се, имат «Ахиллесовата пету». Те са слаби на разтягане и, следователно, те са способни да издържат само много малки количества деформации (удължаване до разрушения), както показва Таблица 1. Това се обяснява с наличието в структурата на много малки трещини, които, когато са подложени на локализирани сили на разтягане, са източник на катастрофално разрушение. Този тип разрушения, с които нашите познати са много добре при падения на обедената тарелка на пол кухнята. Следвателно, тяхното използване в системите на броните трябва внимателно да се обдумва.

Таблица 1 – Някои свойства на броневата керамика в сравнение с катаната на гомогената броня (RHA)

Керамиката в броневото приложение работи в значителна степен, тъй като елементите на устройството се разрива в конструкцията на многослойната броня. Целът на тези материали в конструкцията на многослойната броня е разрив на осколките подлетающего снаряда или бързото му отслабване. С други думи, кинетичната енергия на снаряда се разсеява броневым материалом разбива снаряда на осколки и пренацеляваната енергия се получава в резултат на осколките в страната на защитната конструкция. Други елементи в многослойната конструкция ще действат като «поглотители», за да поглъщат кинетична енергия на снаряда за сметка на пластични деформации или разрушаване, като по този начин я преобразуват в по-ниска форма на енергия, такава като топлина.

Фигура 4 – Механизъм на поражение пробиването на плити

композитной/гибридной брони.

Повечето системи на броните са оптимизирани за „разрива“ и „поглъщане“ на кинетична енергия, подпомагаща средствата за загроза. Така, възьмем 7,62-мм/39 пулю АК-47. Примерно 6 мм подходяща керамика, свързана с полиамидна тилова страна, такава като кевлар, беше достатъчно, за да се предизвика значително разрушение на сърдечната пула. Разбиване на сърдечника е свързано също с радиалната дисперсия. Освен това осколките на сърдечника се задвижват в движение перпендикулярно, когато снарядът се опитва да пробие системата. Това намалява плътността на кинетичната енергия на снаряда (кинетична енергия, разделена на площта на напречното сечение на снаряда) и, следователно, намалява пробивната способност.

Началото на първото изследване в областта на типове брони, облицована керамика, може да бъде отнесено през периода след Първата мирова война, когато през 1918 г. майор Невил Монроу Хопкинз експериментално наблюдава, че 0,0625 инча твърд емайл, нанесен на подложена на удар от страна на стоманената цел, увеличило нейните защитни възможности. Независимо от това ранно откриване, прилагането на керамични материали е относително неотдавнашен начин за повишаване на защитните свойства в такива страни, като Великобритания. Въпреки това този начин намери широко използване в Съветския съюз и военнослужещи на САЩ по време на Вьетнамската война. Тук използването на керамични материали е иззвано опиткой да намали потери летчиков вертолетов. Например през 1965 г. вертолетът UH-1 HUEY е оборудван с композитни брони с твърдо покритие (HFC), използвани в бронираните боковини на пилота и втория пилот. Сиденья осигуряваха защита от 7,62-мм бронебойни (АР) боеприпаси снизу, с бокове и задници благодарение на използваните облицовки от карбида бора и основания от стъкловолокна. Карбид бора е една от най-леките керамики, които могат да се използват в бронята (и по добра причина). Той има около 30% от масата на станалия този обем и в същото време размерът на твърдостта, който обикновено в шест пъти по-голяма твърдост на катаната на гомогената броневой стали (см. Табл. 1).

Фигура 5 – Сиденья вертолетов е типичен пример за приложение

керамична броня. Следва именно: сиденя вертолет TIGER (фирма BAE Systems Advanced Ceramics Inc.), AH-64 APACHE, който се използва

карбид бора жесткого пресования (фирми Simula Inc.)

и MH-60 BLACKHAWK (фирма Ceradyne Inc.).

Конфликтът, разбира се, дал повдигането на нови идеи, а необходимостта от защита на екипажи вертолетов привела към обширните изследвания. Именно тази работа, извършена от учените на САЩ през 1960-те години, създаде база за усъвършенстване в настоящето време характеристиките на керамичните брони.

Механизъм за възстановяване на пробивания прегради снарядом

Прежде чем да се углубите в изучаването на съвременните технологии за успехи в керамичната броня, полезно да разгледате механизмите, за сметка на които системите на базата на керамиката могат да разрушат снаряди. Ранняя работа М. Л. Уилкинза и неговият колег от лабораторията на САЩ създадоха основа за разбирането на това, което всъщност се случва керамиката, когато пуля стрелково оръжие нанася удар по цялото покритие.

В момента на удара ултразвуковите вълни се разпространяват в керамиката и по протежение на сърдечната пули. Волните във всички тези материали се разрушават, за керамиката това се оказва проблем, когато вълната се отблъсква от периферната повърхност на раздела или на самия дял със свързващия слой между керамиката и нейния защитен слой. Повечето видове керамични брони в момента се създават с помощта на полимерно свързващ материал, който по своята природа има ниска здравина и плътност. На повърхността на раздела керамика/свързващ материал се получава силно еластично отражение, което разбива керамичния материал. Освен това се случва силна сдвигова вълна, която буквално «разстегва като молния» полимерен свързващ материал и, следователно, отделя керамичната плитка от нейните опори. Въпреки това в това време материалът под средство за пробиване се стиска; коничните трещини произтичат от местата на удара и това се води към образованието на конуса в материала, който в повечето случаи разпространява натоварването от пули по по-широката повърхност на повърхността (см. рис. 6).

Фигура 6 – Модел ANSYS AUTODYN-2D, показващо изображение

конуса нагрузки в керамиката под пробивающей пулей. Зеленият цвят показва неповрежден материал, а червеният показва повредени керамики.

Голубые области показват неупруга деформация; можете да видите,

че пластичната деформация на задните плити се случва като раз

под образуемым нагрузочным конусом керамики.

Това е първото предимство, което осигурява керамиката. Както вече споменахме, керамиката е много твърда и тази висока твърдост осигурява устойчивост на пробиване. Високата твърдост оказва снаряду голямо съпротивление, форсирайки неговото замедление. Допълнителните предимства достигат висока жестокост на тези материали. Машиностроительная керамика обикновено в два раза жестче стали; Жесткостта увеличава свойството, наречено акустично съпротивление, което въздейства върху интензивността на надзвуковата вълна, въздействието на което е насочено назад по стержния снаряд. Това е много важно, тъй като керамиката с високо акустично съпротивление води до висока интензивност на въздействието на ултразвукови вълни на снаряда, предизвиквайки неговото увреждане при разтягане.

Против кумулативните струи, такива като образуваните гранати РПГ-7, керамичните материали, изглежда, притежават магическа способност да противостоят на пробиването. Разгадката тук е охрупчване (хрупко противодействие) на материал. Когато кумулативната струя прониква в керамиката, тя се разбива върху много меки осколки в ограниченото за материала, проникваща в струи района. Следвателно, каверна, която се образува под въздействието на кумулативните струи, е относително неформирана и струята теря своята форма, когато се стреми да премине през този материал. Интересно, установено е, че обикновеното флоат-стъкло (към има стъкло, което се намира в прозорците на жилищните домове) също е ефективно в качеството на броневия материал срещу кумулативните струи. Въпреки това следва да се подчертае, че тези високи показатели са съотношението на оценката на масата на масата, ако се сравни със стомана. След това се изисква доста голяма дебелина на стеклата за осигуряване на достатъчна защита. Оконното стъкло с дебелина 3 мм не устои срещу струи гранати РПГ-7!!

Въпреки това интересната концепция е предложена на 13-ия европейски симпозиум по боеви бронирани машини (AFV), провеждан от университета Cranfield University във военните академии на Великобритания (30 април-2 май 2008 г.). По време на този симпозиум професор Манфред Хелд (изобретател на експлозивна реактивна броня) обсъди възможността за създаване на прозрачна експлозивна реактивна броня (ERA), за да има брони ERA, в които като материал противодействаща плитка се използва стъкло. Ако се използва прозрачна експлозивна течност вместо обикновени състави на РВХ, може да се произведе напълно прозрачна система ERA. Въпреки това, както подчеркна професор Хелд, тази система ще бъде много тежка, тъй като задната плита (основната защита на бронята) трябва да бъде много здрава и достатъчно жестока, така че тя не е въздействала върху задръстения за нейния член екипажа, когато детонира експлозивното вещество за експлозивна защита. Толщината на неподвижната задна плитка трябва да бъде от порядъка на 150- 200 mm в сравнение с 10- 20 mm предната противодействаща плитка.

Керамичните материали притежават също и добър механизъм на упрочнения при нанасяне на удар при по-висока скорост на поражателните елементи. Това особено полезно свойство при въздействието на кумулативните струи, както и прочността на керамиката, в този случай значително се увеличава при тези много високи темпове на натоварване. Това е добро свойство за разработчика на брони. По мере увеличаването на прочността се възстановява съпротивлението на пробиването и, следователно, струята или снаряда, всички трудно пробиват такава преграда. Именно този механизъм на упрочнения прави тези материали особено ценни в остановките на самоформиращите се поражаващи елементи от типа «ударного ядра» (EFP). Неотдавна боевите части на базата на EFP обърнаха сериозно внимание благодарение на използването на техните повстанци в Ирак, имащи значителни запаси от противотанкови мин съветски епохи, в които се използват елементи на EFP. Обикновено обвивките на такива заряди се правят от пластмасови метали, например от нискоуглеродиста сталь или мед. Получаващият се в резултат на подрива поражателен елемент се състои в този случай от деформиран куски метал, много ефикасен благодарение на скоростта, но тези елементи спрямо високата мекота. В повече усъвършенстваните елементи на EFP се използва тантал (много скъп материал из-за неговото използване в мобилните телефони). Въпреки това твърдостта на керамиката я прави заманчива из-за способността да предизвиква значително противодействие на силния удар на EFP. Един от примерите на керамични брони за защита от EFP е плитка, монтирана на някои машини под днище за защита от мин.

Фигура 7 – Компоненти на керамичната броня на фирмата Coors-Tek

за приложение в броне машина.

Фигура 8 – Машина BULL клас MRAP II, разработена от фирма Oshkosh

и Ceradyne, се отличава с голямо използване на керамични брони за

осигурява защита от заряда тип «ударно ядро».

Керамични материали за приложение на поле боя

Алуминиев оксид

През 1980-те години в повечето системи за защита на основите на керамиката, които се използват на полето на боята, се използва алуминиев оксид, известен иначе като глинозем (алуминиев оксид). Оксидът на алуминия спрямо недорогой в производството и дори доста тонки елементи за защита на неговата база биха могли да поддържат пули стрелково оръжие, изстрелвани с висока скорост. Как отбеляза през 1995 г. С. Дж. Роберсън от фирмата Advanced DefenceMaterials Ltd, има значително подобрение на характеристиката на керамичната защита при използване на оксид на алуминия в сравнение с други материали/композиционни материали. А при използване на система с карбидом кремния и карбидом бора допълнителната балистична характеристика е малка при значителни допълнителни разходи. Въпреки че кривата няколко промени се промени с 1995 г., съотношението остава прежним. Съществува оптимално с високо решение за относително неголямото подобрение на балистичните характеристики. Въпреки това предимството на добавената защита от огнестрелно оръжие (хотя и малко) може да бъде заманчиво, ако се изисква минимална маса, например, в самолетни или лични (индивидуални) системи за защита.

Фигура 9 – Поверхностна плътност на различни видове материали,

необходима за защита от 7,62-мм бронебойни пули,

в сравнение с тяхната относителна цена.

Алуминиевият оксид се използва широко в системите за индивидуална защита на личния състав, а също и в системите за защита на машината. Във Великобритания първата система за защита на личния състав на масовото производство, в която бяха използвани керамични плочи, беше въведена в Северна Ирландия. Базовата мека система за защита, известна като боевата лична броня (SVA), е съставна и се състои от основен елемент от найлонов и полиамиден влакна, към който могат да се добавят 1-килограмови плитки от композиционен материал с полиамиден влакно, облицована керамика за защита на сърцето и основните органи от високоскоростните винтовични пул (см. рис. 10). Те са подобни на SARI, които привличат широко внимание на военнослужещите в САЩ.

Фигура 10 – Боевая лична система за защита (СВА),

показан карман за вставки керамични плити.

Фигура 11 – Процес на задържане на сърдечника пули АРМ2 из

закалената стали плитка оксид алуминий на стоманено основание.

Карбид бора

Независимо от икономическата ефективност и способността на оксида на алуминия да възстанови повечето стрелови оръжия при относително добра ефективност на масата, вашият път на пазара на керамичните брони намериха други керамични материали. Най-известният е карбид бора – материал, който е използван за първи път през 1960-те години. Той невероятно твърд, но също така невероятно скъп и затова се използва само в най-екстремалните условия, в които е желателно да се компенсират няколко грама маса на броневата структура, например, както в страничните части на самолета V22 OSPREY. Друг пример за използване на карбида бора е в производствената система за усилена лична защита (ЕВА). Опят беше необходима минимална маса за относително висока защита. Тя беше въведена с британски сухопътни войски за осигуряване на защита от 12,7-мм пулс със стабилно сърце и съдържаше в себе си комплект «тупой травми». Тупая травма се случва, когато защитата не се пробва, но предаването на импулсен удар предизвиква голяма деформация в слое опори, водеща към ушибам, сериозни травми на основните органи и дори смърт.

Карбидът се произвежда от фирмата BAE Systems Advanced Ceramics Inc. (официално Cercom) и се интегрира във вид на вставка, защитаваща от стрелково оръжие (SAPI), в системата за лична защита-бронежилет (IBA). Към 2002 г. бяха поставени на въоръжение 12 000 такива плити с карбидом бора.

Фигура 12 – Нов процес на формиране на карбида бора, разработен

институтом технологии на щата Джорджия, позволява създаване на сложни

изогнутые форми за използване в каски и други елементи

лична защита. На снимката е показана опитна каска с малък мащаб.

Карбид бора е материал с високи характеристики. Освен невероятната твърдост, която притежава този материал, и неговата невероятно ниска плътност, той има един потенциален недостатък. През последните години някои основания предполагат, че той няма да действа така добре, както се очаква, при пробиване на високоскоростни пули с плътен сърдечник. Това, както полагат, е причинено от физически изменения, които протичат с материала, когато той е подложен на силен удар, предизвикваемому тези боеприпаси. Фактически при изпитването с неопределен алуминиев материал в качеството на опори има основание да се предполага, че срещу особените снаряди на базата на карбида волфрама определени марки карбида бора действат също добре, както и преградите от окисления алуминий. Това въпреки по-голямата твърдост на карбида бора. Известно също, че когато карбидната бора е свързана със слоистия пластик, армиран волокном, се случва явление «разрушаване на промежутките». Това се случва там, където се възстановява двойната скорост V50 (скоростта, при която се очаква, че 50% снаряди напълно пробват целта). Разкриването (действието) на двойната скорост на V50 обикновено се обяснява с преход от пробиване на неповрежден снаряд към поражението на целия разрушен снаряд на по-високи скорости. Въпреки това работата на научно-изследователската лаборатория на сухопътните войски на САЩ показа, че въздействието при по-голяма скорост V50 върху композиционния материал, облицован с карбидом на бора, се случва във връзка с изменението в процеса на образование на осколковите керамики. Тем не менее, изводът от тези резултати означава, че дебелината на плочите от карбида на бора трябва да бъде по-голяма, отколкото първоначално се очакваше, за да защити от тези плътни сърдечни снаряди с най-голяма скорост. Има много данни, които показват, че карбид бора е добър керамичен материал за използване срещу стоманени бронебойни снаряди.

Фигура 13 – Рентгеновски снимок, показващ временни данни

въздействие 7,62-мм сердечника пули АРМ2 на карбид бора. Показани:

задържане, проникване за счет ерозии, осколки пули и поглощение.

Карбид кремния

През последните години други керамични материали също показаха значима перспектива в осигуряването на защита от огнестрелно оръжие, но нито един от тях не се оказа по-ефективен, отколкото подкрепените с горещо пресовано образци на карбида кремния, които се произвеждат от фирмите на САЩ, като BAE Systems и CeradyneInc. Фирмата Ceradyne, по-специално, има дълга родословна цел в производството на керамични плитки за приложения със защита, бъдещи увлечени в този процес през 1960-те години. Този материал се произвежда под обединени нагрев и натиск, за да се произведе невероятно прочно изделие, което, както е показано, осигурява висока устойчивост на пробиване на боеприпаси на стрелково оръжие, както и снаряди APFSDS. По време на изработката обикновено се достига температура около 2000°С.

Карбид кремния, по-специално, показа невероятното противодействие на пробиванието, предизвиканото явление, известно като задържане във времето. Говоря просто, «задържане на времето» това, когато снаряд, изглежда, буквално сидит (отсюда «задържане») на повърхността на керамиката някое време след удара. Това явление, което можете да видите при използването на високоскоростни снимки и вспышки на рентгеновския лъч, се проявява като главното теме, че керамиката е по-прочна, отколкото снаряд, и, следователно, снарядът започва да тече радиално по повърхността на керамиката. Въпреки че това явление се наблюдава в началото на 1990-те лаборатории на сухопътните войски на САЩ, учените все още се опитват да разяснят механизма, който се поддържа в керамиката. Въпреки това е известно, че «длителното» удържане е ключът, предизвикващ това действие. Чрез този начин, който може да се постигне, се използва тип горещо пресоване за капсулиране на керамика с помощта на метални накладки. Следствието на този процес е извикване на високи стискащи напрежения в керамичния материал чрез топло разреждане на метални и керамични слоеве при охлаждане. Тази предварителна нагрузка в крайния счете осигурява предимство на керамиката. Второто предимство осигурява окантовка на керамичния материал с метални накладки и увеличаване на възможностите за поддържане на многочислени попадания. Това ограничение действа за запазване на всички осколки в един обем и, следователно, увеличава ерозийната способност на броните при допълнителни изстрели.

Относително недорогият карбид кремния може да се произвежда също чрез процеса, известно като реакция на съединението. Този процес осигурява точен размер на керамичните изделия, докато други традиционни методи на обработка не позволяват да се получи това от висока температура и налягане. В този случай химическата реакция е в основата на производството на керамични изделия. Реакция свързва изходни материали керамика, използвани за определени видове брони при ниска опасност. Въпреки това често в структурата на керамиката се отлагат побични продукти във формата на «пудлингов криц», които могат да образуват слаби места в керамиката. За карбида кремния, получена от съединителната реакция, те приемат вид кремния - спрямо мекия материал.

Фигура 14 – Микроскопична структура (отгоре надолу): свързано

реакция на карбида кремния, спеченого карбида кремния и карбида бора.

Фигура 15 – Новата гусенична бойна машина PUMA е една от

няколко машини, които са защитени с елементи от керамични брони SICADUR (карбид кремния) на фирми CeramTec-ETEC. Тази машина

намира се на въоръжение на германските сухопутни войски.

Други композиционни материали

Други керамични материали, например, нитрид кремния и нитрид алуминий показаха относително лоша перспектива в производството на керамични брони.

Има съобщения, че алуминиевият нитрид е приет на някои бронирани машини, но те са малко. Алуминиевият нитрид е странен материал, тази странност се крие в това, че той работи по-добре при увеличени скорости на удар (обладава висока устойчивост), но при балистични скорости, срещани на днешното поле на боя, той притежава относително ниска устойчивост.

Керамичният материал с карбидом волфрама също се разглежда за приложения в средствата за защита и, въпреки че е относително скъп и доста плътен (номинално в шест пъти по-плътно карбида кремния), той е много прочен и предизвиква високо акустично съпротивление на удара. Това свойство е основно и се използва в защитните устройства (системи) за възбуждане в стержни пули с голяма напрегнатост, което в крайна сметка води до неговото разрушение. Полагат, че само обектите с относително тонка броневой защита, изискващи устойчивост от обстрела на бронебойните (АР) боеприпаси, такъв материал може да осигури потенциални възможности за икономия на резервното пространство, когато масата не е определяща.

Прозрачные керамични материали

През последните години беше проведена значителна работа по търсене на алтернативни пулестойки системи за остекление, които се използват (в качеството на ветрово стъкло) на такива машини, като Humvee. Съвременните традиционни прозрачни системи са относително тежки, особено когато се изискват за защита на големи секции (окон). Това предизвиква проблеми при разработването на защита на леки машини. Традиционната система за остекление на такава машина се състои от няколко слоя стекла, всеки от които е отделен полимерен слой и поддържа поликарбонатен слой. Тези типове системи могат да имат тегло до 230 кг/м²с дебелина 100 mm за осигуряване на ниво на защита 3 по стандарт STANAG Level 3 (от 7,62-mm пул). Стъклото за размера на прозореца на машината Toyota LandCruiser и дебелина 100 мм са около 250 кг плюс стоманените пази, необходими за дебелината му за инсталирането му. Общата маса на пълната система трябва да бъде, вероятно, значително.

Прозрачните керамични материали осигуряват заманчива алтернатива на пулестойките системи за остекление, тъй като тези материали имат присъща им твърдост, която е много по-здрава на оконното стъкло. Това осигурява на програмистите защита на възможността да намалят нейната маса и дебелина. В момента съществуват три жизнеспособни варианта на материала за използване в прозрачните елементи на защитата, те са оксинитрид алуминий или ALON, алумомагнезиален шпинел или шпинел и еднокристален оксид на алуминий (сапфир).

Оксинитрид алуминий или ALON могат да бъдат получени в качеството на прозрачна поликристална керамика чрез обработка на технологични маршрути, които се използват за получаване на обикновена непрозрачна машиностроителна керамика. Обикновено ALON ще се произвежда от предварително синтезиран прах, в който след това може да се придава форма и който след това може да се използва в азотна атмосфера.

Фигура 16 – Този тестов кусок на прозрачната броня,

изработен от ALON, издържал удар 7,62-мм пули.

Шпинелът може да бъде научен чрез уплътняване на търговски достъпен прах или чрез горещо пресоване, или чрез спекания без налягане. Освен това, за подобряване на механичните свойства и прозрачността е необходимо горещо изостатично пресоване на образеца. Този процес включва едновременно прилагане към образец на равномерно налягане на газа и отопление. Основното предимство в сравнение с едноосевото горещо пресоване е това, че налягането се прилага единично във всички посоки, а не просто в едно направление. Резултатът от това е по-голямата еднородност на материала и микроструктурата без преимуществена ориентация, което води до по-висока прочност и прозрачност.

Рисунок 17 – Многобройни попадания 7,62-мм/54R пулями Драгунова

в прозрачна керамична броня АМАР-Т фирми IBD.

Фигура 18 – Сверхлегкая защита AMAP-R плюс защита

от поражащите елементи тип ударно ядро ​​(EFP).

В момента тези три керамични материала са скъпи в производството, а това означава, че използването им все още е запазено за много малки области на използване. Въпреки това германската фирма IBDeisenroth Engineering продължава да развива този тип технология за разработка на своя ред изделия АМАР (перспективна модулна защита на бронята). В своите изделия АМАР-Т, където Т означава прозрачна, фирмата използва прозрачни керамични материали за повишаване на защитата до ниво 4 по стандарт STANAG. Тези данни показват, че този тип може успешно да възстанови многобройните защитни удари с близко разположение 7,62-mm/54R бронебойни боеприпаси Драгунова със стабилно сърце. Достигането на ниво на защита 4 по стандарт STANAG с помощта на прозрачни брони е впечатляващо при наличие на опасност от нанасяне на удар 14,5-мм/114 пула V32 със разстояние 200 м при скорост 911 м/с.

Новые подходы

В отличие от средствата за защита на личния състав (бронежилет) броня машина не ограничава потребността в гибкости; по-скоро обичайните желаеми качества са способността да издържат многочислени попадания и да осигурят ремонтопригодност. Ранние способи за използване на керамични материали включват заделка на керамичната сфера в предната част на отливката на съветските основни боеви танкове за осигуряване на отклонение и ерозия на бронебойния снаряд. Това занимание интеграцията продължи с някои танкове Т-72 и Т-80. Въпреки това повечето керамични системи се изготвиха като допълнителен комплект, но има система от елементи на броните, които биха могли да се закрепят към корпуса на машината. Тези допълнителни комплекти се състоят от керамични материали, използвани в комбинация със слоеве други материали, които обикновено не се използват.

Един от тези примери е система LAST (техника на лека допълнителна система), която се използва с морска пехотна САЩ на машини LAV (8x8). Системата на броните LAST се състои от шестгранни модули от керамични брони, които се крепят към корпуса на машината с помощта на клея, склеиващо се при напълване. Плитки могат да се монтират (слоями) за повишаване на нивото на защита, след което може да се прилага балистична обшивка за управление на подписа. Бяха разработени подобни образци, в които се използваха крепежни крюки и петли велкро за инсталиране на керамични плитки на борта машина с цел намаляване на сложността на работата на театралните военни действия (в боевата обстановка).

Този метод на укрепване беше използван през 1990-те години с броните ROMOR-C на фирмата Royal Ordnance (теперь това е част от групата BAE Systems). Тази броня се състои от керамични слоеве от оксид алуминий, приклеени към GFRP(стеклопластикова)/алуминиева конструкция. Известно е, че този тип съединения, който се използва в производството на брони на такава конструкция, е напълно решаващ и се забелязва значително намаляване на характеристиките, ако производителят не използва правилен клей. Обикновено е желателна добра прочна връзка, която не допуска никакво стягане между задната повърхност на керамиката и конструктивния елемент, с който тя е свързана. Въпреки че какая-то работа, насочена към усъвършенстване на качеств клея и се произвеждаше, тя имаше относително малък успех. Други предимства могат да бъдат постигнати чрез точния избор на геометрия на плитки. Например, шестуголните плитки отговарят на изискванията (см. система LAST), така че те се свеждат до минимума на разрушителните действия на границата. Неотдавна научно-техническата лаборатория на Министерството на отбраната на Великобритания запатентувала шестуголен елемент за използване в мозаичната компоновка. Този личен елемент има изяви, които го отделят от съседните, предотвратяващи, по този начин формирането на «повреждения» (ударной вълни) по броне.

Предотвратяването на разпространението на ударни вълни от плитки към плитки не е нова идея и някои факти ще бъдат потвърдени, че тя настъпва разумното решение на Съветския съюз за оставяне на керамични сфери в башни неговите танкове. Една от по-успешните системи на броните, в които се използва този метод, е лека усъвършенствана броня, защитаваща от поражението на огнестрелното оръжие (LIBA), разработена от фирма Mofet Etzion Ltd (Израил). Тази броня се състои от многобройни керамични елементи, които се включват в резиновата матрица. Тази броня може да се произвежда така, че осигурява защита от 14,5-мм бронебойно-зажигателни (API) боеприпаси и има допълнително предимство, което се включва в това, че отделни елементи могат да бъдат заменени след тяхното увреждане. Панели запазват също така определена степен на гибкост и за по-ниски нива на защита могат да бъдат съставени почти във всяка форма. След това, тя може да се използва за защита на личния състав (в бронежилетите), където, както се твърди, тя осигурява по-добра защита от много попадания благодарение на своята многосегментна конструкция. Ее използването се разпространява и на леки бронирани машини. Тя е използвана на машини Stryker сухопътни войски на САЩ, намиращи се на въоръжение в Ирак и Афганистан.

Фигура 19 – Крупен план на модула на бронята LIBA (легко усъвършенстваната броня, защитаваща от поражението на огнестрелното оръжие) израилски

фирми Mofet Etzion, показани открити шарики керамични брони.

Фигура 20 – Резултати от изпитването на стрелбовидни плити LIBA

убедително демонстрират способността на материала да издържат

многочисленные попадания.

Други нови методи за разработване на брони включват използването на това, което е известно като материали, сортирани по функционални възможности (FGM). Първоначално те се изследваха в края на 1960-те години и в последните години отново предизвикаха интерес. FGM е единна структура, която максимизира керамичните предимства, така че повърхността на удара да бъде твърда, а задните слоеве да бъдат метални и, следователно, осигуряват добра пластичност и ударна вязкост. Това е методът на разрушителя/поглотителя, който вече разглеждахме. Такива материали обикновено се състоят от керамични предни панели, изпечени с последващи слоеве с по-голямо съдържание на метал. Металокерамичните разрушаващи слоеве могат също така да се използват в качеството на външните (предните). Тези материали са смес от керамика и метал в значителна част от керамиката. лабораториите на сухопътните войски на САЩ проведоха експерименти с моноборида на титана, който е уплътнен като металокерамика и от полуслоеве, всеки с по-високо съдържание на титана се състои от тази мярка, като образец се разглежда от например предния панел (повърхностен удар) към задния. Задната повърхност се състои от чист титан. Бронята от алуминиево сплав с облицовъчен материал FGM осигурява по-добра защита от 14,5-мм снаряд В32 в сравнение с катаната на гомогената броня (RHA). Потенциалното предимство на тези материали е, че те могат да осигурят по-добра защита от много попаднали, отколкото самата керамика, но съвременните данни казват, че техните характеристики са все още по-ниски от характеристиките на по-обикновените броневи керамични материали.

Композиционните материали с метална матрица (MMS) също дават друга надежда в осигуряването на увеличени възможности за поддържане на много попадания в сравнение с керамичните материали. Един такъв образец предлага фирма Exote Oy. Тя произвежда композиционен материал с метална матрица на основата на карбид титан, който, както се появяват представители на фирмите, осигурява зона на увреждане, която е само с 20-30 % по-голяма площ на напречното сечение на пули. Композиционният материал с метална матрица се прилага по начин, подобен на големината на керамични материали, съединение с опорен материал, или със стомана, алуминий, или с волокнистым композиционен материал. При удара на конуса (разгледан по-рано) се разпространява натоварването на снаряда по относително големи повърхности на повърхността, намалявайки по този начин плътността на кинетичната енергия, действаща на опорния материал. Твърдите частици карбид титан (~ 1500 VHN) разрушават снаряда, но благодарение на твърдата метална матрица, в която форма на въведените частици, трещините са ограничени. Производителите твърдят, че 7,62-мм – 51 мм пула WC-Co може да бъде оставена броня с конструктивна плътност на изделията 52 кг/м², който е създаден с композиционен опорен материал с волокно от ароматичен полиамид. Тези композиционни материали с метална матрица могат да бъдат произведени при използване на процеса на саморазпространяващ се високотемпературен синтез (SHS).

Рисунок 21 – Броня Exote фирмы Exote Oy разбива пробивающий

снаряд и изключва поражение. Удар дробится и се разпределя

по по-голямата конусообразна повърхност, която ефективно

поглощает енергия снаряда.

Коммерческие варианты

В тези дни съществуват много варианти на керамични плитки за придобиване на система за лична защита и пълни комплекти на защитни брони за леки боеви бронирани машини. Фирма IB Deisenroth, по-специално, разкрива осигуряването на защитни решения за над 20 години. Ранният пример за прилагане на нейните брони е система MEXAS (модулна, поддаваща се промяна на системата за брони), инсталирана на канадските БТР М113 за действия в Босна. Представителите на фирмите създадоха също подобна система на разработената фирма Mowagмашина LAV III (8x8), също и за канадските сухопътни войски. В тези два примера броня от керамични плитки MEXAS беше успешно инсталирана машина за закрепване на метални корпуси. Тази броня е инсталирана и на бойната машина Stryker САЩ за осигуряване на защита от 14,5-мм бронебойни пулси, въпреки че в съобщенията се казва, че тя не се инсталира на машината по време на мирната бойна подготовка, тъй като тя добавя към масата на машината 3 т.

Има също много доставчици на керамични суровини, въпреки че изпитваме в Европа до няколко степени ограничени доставки на материали от горещо пресоване. Керамиката на горещото пресоване има тенденция да бъде прочнее и да осигурява по-добра защита от огнестрелно оръжие и, следователно, тези видове керамика заманчиви за създаване на брони. Въпреки това, спечелените керамични материали като Sintox FA на фирмата Morgan Martoc имат дълга родословна в създадените брони. Фирмите МОН-9, ЕТЕС, VAE Systems, Ceradyne и CoorsTek също произвеждат голям набор от керамични материали обикновено от плитки тип SAPI до плитки брони за машини и самолети. Въпреки това ключовият момент от разработването на комплекти керамични брони е успешна интеграция в системата, която се защитава и, освен това, е гаранция, че те са надеждни в боеви условия.

Може ли да успокои един проблем, който успокоява повечето командири на полето на боя, ще ли тази система защитава войника. Повечето могат да основават своя опит по отношение на керамичните материали на това, което са видели на кухнята при разбиване на фаянсовата посуда. Но интересно, не говоря за обращение с керамични брони с помощта на кувалди, повечето системи трябва да бъдат достатъчно удължени, за да издържат силни удари или сума.

Оценка

Независимо от високите характеристики на керамичните материали, те не трябва да се разглеждат като единствен магазин за магазини за обслужване на системата за защита. Те са всички паразитни по природа и, следователно, не могат да направят съществен вклад в конструкцията на машината. Причината за това е тяхната невъзможност да издържат усталост на натоварването на конструкцията и, не в по-малка степен, трудността на производството на керамични детайли в сложна форма. Освен това, те притежават намалената способност да поддържат много попадания в сравнение с други материали, като стомана, титан и алуминий. При използване на метални действия действието на ограничена област до един-два калибра от точки на удар, а при използване на керамични материали това действие се разпространява върху цялата геометрия на пластините, което би било голямо. Всичко това е още по-важно, когато една от най-многочислените съвременни угрози произтича от огъня на тежки пулемети, като руския 14,5-мм КПВ. От това оръжие много сотни пулси могат да бъдат пуснати на избраното място за минути и, следователно, в тези случаи се изисква добра способност да поддържа многочислени попадания. Въпреки това керамичните материали осигуряват предимство там, където вероятно са само единични удари, например в самолети и в приложения на тежки брони. В резултат на това керамичните материали бяха широко използвани в сидените екипажи и половете на бронираните вертолети и транспортни самолети. Например, фирма VAE Systems разработи монолитно ковшеобразно сиденье за ​​вертолет UH-60M, изработено с помощта на керамични материали. Подобните сиденья са направени с помощта на карбида на бора и опори от материал Kevlar за вертолет AN-64, както и самолет S-130. Използването на керамични брони за страничния екипаж стана почти приет метод за защита на екипажа и осигури керамиката едно от първите направления във военното използване – изстрели вертолетов във Вьетнаме.

Фигура 22 – Задна страна на толста керамична плитка, която

получила удар високоскоростной пулей . В този случай пуля

беше напълно оставена, но увреждане

разпространилось на цялата площ плитки.

Керамичните материали са също толкова привлекателни, когато бронята е наклонна. Разположението на металната броня под опорния углом на бойните бронирани машини беше в общо положение във времето на втората мирова война, например на танкове като Т-34. Въпреки това предимството, което може да бъде осигурено с метална плоча, разположена под углото към подлетащия снаряд, не се използва по същия начин. В металната броня ефективната дебелина нараства с увеличаване на углата. След това снарядът трябва да пробие повече материал и едновременно се подлага на изкривяване на натоварването благодарение на геометрията на броните. Керамичен материал под острим углом също увеличава дебелината на материала по линиите на прицеляване на снаряда. Въпреки това, когато снарядът влиза в съприкосновение с бронята, полусферичната вълна произтича от точи удар, но се отразява в границата на разделението между керамиката и опорния слой в посока, перпендикулярно на границата на разделение. Следователно, разрушаващата се вълна при разтягане няма отношение към предимството на наклона. Следвайте подчеркнете, керамичните материали не действат лошо под острите ъгли, но вярно, че те не действат така добре, както смятаха или се надеяха. Освен това, те усилват рикошетиране при големи угла наклона.

Будущее

Така куда могат да се намерят керамични броневи материали? За начало подобрената способност за поддържане на многобройни попадания може вече в момента да бъде постигната чрез включването на керамични материали в подходящата обвивка чрез разредоточение на матрици в конструкции тип матрици (например LIBA), намаляване на размерите, като се използва в мозаични конструкции на броните, или чрез използване на малко твърди, но повече упругих карбидных материали с прочна връзка. След това всяко повтарящо се изменение в характеристиките на материала води до упругия и всичкия същия твърд материал, който може да издържи следния един за други удари снаряди. За съжаление, в отношението на керамичните материали има общи правила, отколкото твърдите вие ​​правите материал, той става по-хрупким.

Други успехи могат да бъдат постигнати в обработката на суровини и по-специално намаляване на разходите за керамични материали с по-високо ниво, като диборид титан, карбид кремния и прозрачни керамични материали, разгледани по-горе. Алтернативно, успехите могат да станат забележими, когато изследователите започнат да поемат по-добре ролята на задържане и как да я поддържат. Или всъщност могат да се появят методи за по-добро съединение, което осигурява възможност за свързване на керамика с метална опора без използване на полимерни клеи. Във всеки случай, вероятно, неголямата изходна точка увеличава тяхната твърдост. В края на краищата, те всички са единни от най-твърдите имащи се материали. И значително твърди снаряди, които те разрушават.