УСПЕХИ В ОБЛАСТИ КЕРАМИЧЕСКОЙ БРОНИ Пол Дж. Хейзелл

В настоящее время существует непрерывно возрастающая потребность в более легких и маша менхб боевых бронированных системах. Ожидается, что боевые бронированные машины будут легче и меньше по габаритам блшины будут легче и меньше по габаритам бларитам блашины требованиям к лучшей стратегической мобильности. Этому способствует современная броневая керамика, которая является очень прочным матерфевая керамика, которая является очень прочным матерфевая керамика обладает значительно более высокими характеристиками по сравнению с имеющимися самимымча по сравнению самимися самостиками. Это полезное свойство может быть использовано для брони, в которой снаряд (пуля) или кумнаряд прилагают сжимающую нагрузку на материал.

Западные вооруженные силы увеличивают свое присутствие за границей, где основная угроендат присутствие значительным распространением тяжелых пулеметов (НMG) или выстреливаемых с упором в птронтиковаемых средств типа РПГ. Эту проблему часто усугубляют политические и (или) оперативные требования, выполнение которуѱ главным образом использования легких боевых бронированных машин, в основном колесном колесном колесном колесных бронированных 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 возникает требование к производству брони, обеспечиваючаей брони личного состава при одновременном сведении до минимума ее полной массы.

Хорошая защита в сочетании с малой массой играет важную роль в собственной защите лобственной защите лограет этом знает любой солдат, ведущий боевые действия в Ираке или Афганистане. Взять, например, личный бронежилет (IBA) сухопутных войск США. Первоначальная его концепция состояла из верхнего тактического жилета (OTV) i двуух носкиемырами носкического вставок, спереди и сзади защищающих солдата от поражения стрелковым оружием (SAPI). Однако из-за серии смертельных случаев в Ираке и Афганистане в IBA был внесен ряд дополнев. Самым значительным из них была боковая защита от огнестрельного оружия (ESBI), осуеущннествия боковыми вставками, а также расширенная защита с дополнительными приспособлениями, защита с дополнительными приспособлениями, защита. Для этой цели были использованы пластины SAPI i ESBI, которые обеспечивают лучшую затощовитивают пуль с высокой начальной скоростью. Этот уровень улучшенной, но легкой защиты был достигнут только при использовании керсании кераниты материалов.

Рисунок 1 – Эта керамическая пластина SAPI, часть

бронежилета, спасла жизнь своему владельцу в Ираке.

Рисунок 2 – Новый бронежилет, обеспечивающий защиту уровня 4,

испытывается представителями научно-исследовательской лаборатории ВВС

на авиационной базе Wright-Patterson, шт. Огайо. Этот бронежилет включает новую форму керамических пластин, которые могут вылдержать беских пластин

ударов пулями, чем современные пластины, кроме того,

он имеет защитные устройства для бицепсов и ребер.

Рисунок 3 – Пластины, вставляемые в бронежилет,

находятся в массовом производстве фирмой Ceradyne.

Основные соображения по керамической броне

Большинство людей ассоциируют слово «керамика» с глиняной или фаянсовой посудой, кототоруюзоторуюзовой дома, или кафелем, используемым на стенах ванной комнаты. Керамические материалы использовались в домашних условиях тысячелетиями, однако эстамы летиями началом керамических материалов, которые применяются в настоящее время в боевых броевых бронашырова.

Слово «керамика» обозначает «обожженные вещи» i фактически современная машиностроитела кььроитель, подобно своим двойникам на базе глины, требует для своего производства значительного нагрева нагрова. Однако главной разницей между керамикой, которую мы выбираем для использования в катвечес керамикой, которую мы находим дома, является прочность. Современные броневые керамики являются очень прочными материалами и фактически птри птимог сжа значительно прочнее, чем имеющиеся самые прочные стали (см. Табл. 1). Это полезное свойство используется для брони, в которой снаряд или кумулятивная струлятивная струлятивная струлятивная струлятся притасуя прюща прони нагрузку на материал. Керамики, конечно, имеют «Ахиллесову пяту». Они слабы на растяжение и, следовательно, они способны выдерживать только очень малень маленкь деформации (удлинение до разрушения), как показывает Таблица 1. Это объясняется насняется насняется наруказывает Таблица 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 тарелоной тарелони напухлки накпушения. Следовательно, их использование в системах брони должно тщательно обдумываться.

Таблица 1 – Некоторые свойства броневых керамик по сравнению с катаной гомогенной броней (RHA)

Керамики в броневом применении работают в значительной степени как элементы устройства вройства конструкции многослойной брони. Целью этих материалов в конструкции многослойной брони является разрыв на осколки посколки посколки посдлелойной быстрое ослабление его. Другими словами, кинетическая энергия снаряда рассеивается броневым материалом разбивалом разбивая снлакроя снловами перенацеливая энергию получающихся в результате осколков в сторону от защищаемой консирук. Другие элементы в многослойной конструкции будут действовать как «поглотители», то есть отлонипоща кинетическую энергию снаряда за счет пластической деформации или расслаивания, такрима вормации или снаряда за счет пластической в более низкую форму энергии, такую ​​как теплота.

Рисунок 4 – Механизм поражения пробиванием плиты

композитной/гибридной брони.

Большинство систем брони оптимизировано для «разрыва» i «поглощения» кинетической энерчения средства угрозы. Так, возьмем 7,62-мм/39 пулю АК-47. Примерно 6 мм подходящей керамики, связанной с полиамидной тыловой стороной, такой как Kevlar, быловой стороной 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 пытается престь. Это уменьшает плотность кинетической энергии снаряда (кинетическая энергия, деленная надплоь над поперечного сечения снаряда) i, следовательно, уменьшает пробивную способность.

Начало первого исследования в области типов брони, облицованной керамикой, может бласти типов брони, облицованной керамикой, может бласти типов брони как раз после первой мировой войны, когда в 1918 году майор Невилл Монроу Хопкинз экинз эксонтарли, левилл Монроу, когда в 1918 что 0,0625 дюйма твердой эмали, нанесенной на подвергающуюся удару сторону стальной цели, увеличивало ее защитные возможности. Несмотря на это раннее открытие, применение керамических материалов является относителяется относителельно но сителеских повышения защитных свойств в таких странах, как Великобритания. Однако этот способ нашел широкое использование в Советском Союзе и военнослужащШ вание вьетнамской войны. Здесь использование керамических материалов вызвано попыткой уменьшить потери леттчовикой. Например, в 1965 году вертолет UH-1 HUEY был оснащен комплектом композитной брони с твердыти покрыHFC используемым в бронированных сиденьях пилота и второго пилота. Сиденья обеспечивали защиту от 7,62-мм бронебойных (АР) боеприпасов снизу, с бобоков гирова использованию облицовки из карбида бора и основания из стекловолокна. Карбид бора является одной из самых легких керамик, которые могут использоваться в бронех керамик причине). Он имеет примерно 30 % от массы стали того же объема и в то же время величину твердостори, коноторѱ 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.)

i MH-60 BLACKHAWK (elaboració de Ceradyne Inc.).

Конфликт, конечно, дал подъем новым идеям, а необходимость защитить экипажи вертовамость обширным исследованиям. Именно эта работа, выполненная учеными США в 1960-е годы, создала базу для совентершена советршена совенными США в 1960 время характеристик керамической брони.

Механизм воспрещения пробивания преграды снарядом

Прежде чем углубиться в изучение современных успехов в технологии керамической бронных успехов в технологии керамической бронных рассмотреть механизмы, за счет которых система на базе керамики способна разрушать разрушатрь которых система на базе керамики способна разрушатреть. Ранняя работа М. Л. Уилкинза и его коллег из лабораторий США создала основу для понимания того, что фораторий США создала основу для понимания того, что фто фактих пифактих когда пуля стрелкового оружия наносит удар по цели с керамическим покрытием.

В момент удара ультразвуковые волны нагрузки распространяются в керамику и вдоль сердечпниковые. Волны в обоих этих материалах разрушаются, для керамики это становится проблемовится проблемой, колднай сталкивается с периферийной поверхностью раздела или на самом деле со связующим слоем слоем мекой защитным слоем. Большинство типов керамической брони в настоящее время создается при использованими пользованимер связующего материала, который по своей природе имеет низкую жесткость и плотность. На поверхности раздела керамики/связующего материала происходит сильное эластичное эластичное отроное онтроек разбивает керамический материал. Кроме этого, происходит сильная сдвиговая волна, которая буквально «расстегивает как молнолий молний связующий материал и, следовательно, отсоединяет керамическую плитку от ее опоры. Однако в это время материал под средством пробивания сжимается; конические трещины исходят от места удара и это они ведут к образованию конуса в матерчало, ведут большинстве случаев, распространяет нагрузку от пули по более широкой площади поверхно.6).

Рисунок 6 – Модель ANSYS AUTODYN-2D, показывающая образование

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

Голубые области показывают неупругую деформацию; можно увидеть,

что пластическая деформация задней плиты происходит как раз

под образуемым нагрузочным конусом керамики.

Это первое преимущество, которое обеспечивается керамикой. Как уже упоминалось, керамика очень твердая и эта высокая твердость обеспечивает совленроте 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 воздетемое снтавстическим сверхзвуковой волны, воздействие которой направлено назад по стержню снаряда. Это очень важно, так как керамика с высоким акустическим сопротивлением приводит к выснтокой сивнтокой воздействия ультразвуковой волны на снаряд, вызывая его повреждение при растяжении.

Против кумулятивных струй, таких как образуемые гранатами РПГ-7, керамические материа,лы,скиа обладают магической способностью противостоять пробиванию. Разгадкой здесь является охрупчивание (хрупкое противодействие) материала. Когда кумулятивная струя проникает в керамику, она разбивается на очень мелкие оскоглерает в керамику материала проникающей струи районе. Следовательно, каверна, которая образуется под воздействием кумулятивной струи, являтетьсоня воздействием бесформенной и струя теряет свою форму, когда она стремится пройти через этот материал. Интересно, обнаружено, что обычное флоат-стекло (то есть стекло, которое находится находится в ходится в окдлимо в жниох стекло) также является эффективным в качестве броневого материала против кумулятивных струй. Однако следует подчеркнуть, что эти высокие показатели проявляются при соотношении соотношении масесли масесли высокие показатели проявляются сравнивать со сталью. Следовательно, потребуется довольно большая толщина стекла для обеспечения достатой знщина стекла для обеспечения достатой зньно. Оконное стекло толщиной 3 мм не устоит против струи гранаты РПГ-7!!

Однако интересная концепция была предложена на 13-ом европейском симпозиуме по боевамним боевамним боевресная (AFV), проводимом университетом Cranfield University военной академии Великобритании (30 апреля-2 мая 2008 года). Во время этого симпозиума профессор Манфред Хелд (изобретатель взрывной реактивной реактивной реактивной борлоной борлоной Хелд) возможность создания прозрачной взрывной реактивной брони (ERA), то есть, брони ERA, в козрывной вотоктай материала противодействующей плиты используется стекло. Если бы использовалась прозрачная взрывная жидкость вместо обычных составов РВХлов номы РВХлов производить полностью прозрачную систему ERA. Однако, как подчеркнул профессор Хелд, эта система будет очень тяжелой, так как знадня (зоснидня броневой защиты) должна быть очень толстой и достаточно жесткой, так чтобы онта невай всозно не сидящего за ней члена экипажа, когда детонирует взрывчатое вещество взрывной защиты. Толщина неподвижной задней плиты должна быть порядка 150- 200 мм по сравнению с 10- 20 мм по сравнению с 10- 20 мере противодействующей плиты.

Керамические материалы обладают также хорошим механизмом упрочнения при нанесения при нанесении урдареские высоких скоростях поражающих элементов. Это особенно полезное свойство при воздействии кумулятивной струи, так как прочность прочность керочность керам керам случае, значительно увеличивается при этих очень высоких темпах нагрузки. Это хорошее свойство для разработчика брони. По мере увеличения прочности возрастает сопротивление пробиванию и, следовательно, струс но струс труднее пробивать такую ​​преграду. Именно этот механизм упрочнения делает эти материалы особенно ценными в остановке самщхсусориалы поражающих элементов типа «ударного ядра» (EFP). Недавно боевые части на базе EFP привлекли серьезное внимание благодаря использоватниц вользованиц вользованиц внимание Ираке, имеющими значительные запасы противотанковых мин советской эпохи, в которыю сторыю спохи элементы EFP. Обычно оболочки таких зарядов делаются из пластичных металлов, например, низкоусталерой меди. Получающийся в результате подрыва поражающий элемент состоит в этом случае из дефовоказ деющий металла, очень эффективного благодаря высокой скорости, однако эти элементы относительнкоемя. В более усовершенствованных элементах EFP используется тантал (очень дорогой материал из-зал из-зуется тантал использования в мобильных телефонах). Однако твердость керамики делает ее заманчивой из-за способности вызывать значитевод спобности сильному удару EFP. Одним из примеров керамической брони для защиты от EFP является плита, устанавливаемая на ныемая нащиты 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

i Ceradyne, отличается большим использованием керамической брони для

обеспечения защиты от зарядов типа «ударное ядро».

Керамические материалы для применений на поле боя

Òxid d'alumini

В 1980-е годы в большинстве систем защиты на основе керамики, которые использовалисоь зовалисоь налисоь на основе керамики употреблялся оксид алюминия, известный иначе как глинозем (alúmina). Оксид алюминия относительно недорогой в производстве и даже довольно тонкие элементы элементы заЉаты зазащаты могли остановить пули стрелкового оружия, выстреливаемые с высокой скоростью. Как отметил в 1995 году С. Дж. Роберсон из фирмы Advanced DefenceMaterials Ltd, имеются значительные улучшения характеристик сыстем защрим использовании оксида алюминия по сравнению с другими керамическими/композиционными матери. А при использовании систем с карбидом кремния и карбидом бора дополнительная балелительная балестрастичхтрастая кремния и карбидом мала при значительных дополнительных затратах. Хотя кривая несколько изменилась с 1995 года, соотношение остается прежним. Существует оптимальное по высокой стоимости решение для относительно небольшого улуслия стоимости решение для относительно небольшого улуслия Јтелучшбествует характеристики. Однако преимущество добавленной защиты от огнестрельного оружия (хотя и небольшотеь мобытеь) заманчивым, если требуется минимальная масса, например, в самолетных или личных (инимальная масса, например, в самолетных или личных (индиьвидуса) 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 используется в системах индивидуальной защиты личного состава состава, Системах индивидуальной защиты машин. В Великобритании первая система защиты для личного состава массового производства, в которой использовались керамические плиты, была введена в Северной Ирландии. Базовая мягкая система защиты, известная как боевая личная броня (СВА), является составстная состав основного элемента из найлонового и полиамидного волокна, к которому могут добавляться 1-кг пи композиционного материала с полиамидным волокном, облицованные керамикой для обеспечения защиты сердца и основных органов от высокоскоростных винтовочных пуль (с.м.10рис). Они подобны плитам SAРI, 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.

Carbid bora

Несмотря на экономическую эффективность и способность оксида алюминия остановить болусть больнть бость стрелкового оружия при относительно хорошей эффективности по массе, свой путь на рыснок кЇернамок нашли другие керамические материалы. Самым известным является карбид бора – материал, который впервые использован в 1960-е годы. Он невероятно твердый, но также невероятно дорогой и поэтому он используется толькже невероятно дорогой и поэтому он используется толькже в самымыстх самлстх условиях, в которых желательно компенсировать несколько грамм массы броневой структуры, пимпенсировать сиденьях экипажа самолета V22 OSPREY. Другой пример использования карбида бора был в производстве системы усиленной личной Ачной заѕЉВ. Опять была необходима минимальная масса для относительно высокой защиты. Она была введена британскими сухопутными войсками для обеспечения защиты от 12,7-м пулсьм пулстма сердечником и содержала в себе комплект «тупой травмы». Тупая травма происходит, когда защита не пробивается, но передача импульса удара вызуѱолетьшывала деформацию в слое опоры, ведущую к ушибам, серьезным травмам основных органов и дажет.

Карбид бора производился фирмой de BAE Systems Advanced Ceramics Inc. от стрелкового оружия (SAPI), в систему личной защиты-бронежилет (IBA). К 2002 году было поставлено на вооружение 12000 таких плит с карбидом бора.

Рисунок 12 – Новый процесс формирования карбида бора, разработанный

институтом 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 невероятной твердости, которой обладает этот материал, и его невероятно низмо низокой нобладает этот материал один потенциальный недостаток. В последние годы есть некоторые основания предполагать, что он не будет действовать так хок хок такх ожидают, при пробивании высокоскоростными пулями с плотным сердечником. Это, как полагают, обусловлено физическими изменениями, которые происходят с материалодом, которые происходят с материалодом, подвергается сильному удару, вызываемому этими боеприпасами. Фактически при испытании с неопределенным алюминиевым материалом в качестве опоры есть опоры естьрани осного что против особых снарядов на базе карбида вольфрама определенные марки карбида базе карбида вольфрама определенные марки карбида базе карбида вольфрама определенные марки карбида базе карбида хорошо, как и преграды из окисла алюминия. Это несмотря на бóльшую твердость карбида бора. Обнаружено также, что когда карбид бора связан с слоистым пластиком, армированным востиком, армированным восванным воходнтрос явление «разрушения промежутков». Это происходит там, где обнаруживается двойная скорость V50 (скорость, при которой ожируживается двойная скорость V50 полностью пробьют цель). Раскрытия (действия) двойной скорости V50 обычно объясняются переходом от пробивания цедо пробивания целно объясняются снарядом к поражению цели разрушенным снарядом на более высоких скоростях. Однако работа научно-исследовательской лаборатории сухопутных войск США показале показала, чзала сухопутных войск большей скорости V50 на композиционный материал, облицованный карбидом бора, происх сводиал изменением в процессе образования осколков керамики. Тем не менее, вывод из этих результатов означает, что толщина плиты из карбида бобида божтатов означает больше, чем первоначально ожидали, чтобы защищать от этих плотных сердечнах сердечнароя всонише вы сонише скоростью. Имеется много данных, которые показывают, что карбид бора является хорошим керамишим керамичазывают использования против стальных бронебойных снарядов.

Рисунок 13 – Рентгеновский снимок, показывающий временные данные

воздействия 7,62-мм сердечника пули АРМ2 на карбид бора. Comentaris:

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

Crèdit de carbur

В последние годы другие керамические материалы также показали значительную перспектиалы также показали значительную перспективе перспективе перспектие годы другие защиты от огнестрельного оружия, но ни один из них не оказался более эффективныем, чвенымж горячему прессованию образцы карбида кремния, которые производятся фирмами США, такими как BAE Systems i CeradyneInc. Фирма Ceradyne, в частности, имеет длинную родословную в производстве керамических плиток длеспеную целью защиты, будучи вовлеченной в этот процесс с 1960-х годов. Этот материал производится под объединенными нагревом и давлением, чтобы изготовить невонить невлением изделие, которое, как доказано, обеспечивает высокое сопротивление пробиванию боепривает высокое сопротивление пробиванию боепривает высокое оружия, а также снарядами APFSDS. Во время изготовления обычно достигаются температуры примерно 2000°С.

Карбид кремния, в частности, показал невероятное сопротивление пробиванию, вызванному яв, лизванному яв, сопротивление как задержка во времени. Говоря просто, «задержка во времени» это, когда снаряд, кажется, буквально сидит (отсюдер) «задержка во времени» поверхности керамики некоторое время после удара. Это явление, которое можно видеть при использовании технологий высокоскоростной фотограш вании рентгеновского луча, вызывается главным образом тем, что керамика представляется болечне представляется болечне пре, сочне представляется и, следовательно, снаряд начинает течь радиально по поверхности керамики. Хотя это явление наблюдалось в начале 1990-х лабораториями сухопутных войск СШсены СШЇены, х лабораториями 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 горячего пресод прячего преся капсулирования керамики с помощью металлических накладок. Следствием этого процесса является вызывание высоких сжимающих напряжений в кератемрич вызывание высоких посредством теплового рассогласования металлических i керамических слоев при охлаждении. Эта предварительная нагрузка в конечном счете обеспечивает керамике преимущество. Второе преимущество обеспечивается окантовкой керамического материала металлическими металическими наклели накле накла возможности выдерживать многочисленные попадания. Это ограничение действует для сохранения всех осколков в едином объеме и, следовательвалено, эрозийную способность брони при дополнительных выстрелах.

Относительно недорогой карбид кремния может производиться также посредством процеством процеством процессоге, может производиться также соединение реакцией. Этот процесс обеспечивает точный размер керамического изделия, тогда как другие тразмер керамического изделия, тогда как другие тразмер керамического изделия обработки не позволяют получить этого из-за высоких температур и давления. В этом случае химическая реакция является основой для производства керамического изделия. Реакция соединяет исходные материалы керамики, используемые для определенных видов брони брони брони зуемые для определенных. Однако часто в структуре керамики откладываются побочные продукты в форме «пудлинговаются" образовать слабые места в керамике. Для карбида кремния, полученного соединительной реакцией они принимают вид кремния - отельносия материала.

Рисунок 14 – Микроскопическая структура (сверху вниз): связанного

реакцией карбида кремния, спеченного карбида кремния i карбида бора.

Рисунок 15 – Новая гусеничная боевая машина PUMA является одной из

нескольких машин, которые защищены элементами керамической брони SICADUR (карбид кремния) CeramTec-Eфия. Эта машина

находится на вооружении германских сухопутных войск.

Другие композиционные материалы

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

Имеются сообщения, что нитрид алюминия был принят на некоторых бронированных машоид нахкорых немного. Нитрид алюминия является странным материалом, эта странность заключается в том, чтранным материалом, эта странность заключается в том, что что он он пат увеличенных скоростях удара (обладает высокой стойкостью), однако при баллистических стаческих стачороских на сегодняшнем поле боя, он обладает относительно низкой стойкостью.

Керамический материал с карбидом вольфрама также рассматривался для применения в сременения в сремический вольфрама также рассматривался для применения в сремический он относительно дорогой и довольно плотный (номинально в шесть раз плотнее карбида крень крень плотный), и вызывает высокое акустическое сопротивление удару. Это последнее свойство является главным и используется в защитных устройствах (системах вах) стержне пули напряжений большой амплитуды, что в конечном счете приводит к его разруш. Полагают, что только объектам с относительно тонкой броневой защитой, требуюьтам с относительно тонкой броневой защитой, требующитой, требующитой оЇсотесим оЇсотесим оЇсотесой от обстрела бронебойными (АР) боеприпасами, такой материал может обеспечить потентонциал беспечить потентрела боеприпасами экономии заброневого пространства, когда масса не является определяющей.

Прозрачные керамические материалы

В последние годы проведена значительная работа по поиску альтернативы пулестойким систойким систойким систонтема по поиску используются (в качестве ветрового стекла) на таких машинах, как Humvee. Современные традиционные прозрачные системы являются относительно тяжелыми, особентные, бентрая, Современные для защиты больших секций (окон). Это вызывает проблемы при разработке защиты легких машин. Традиционно системы остекления таких машин состоят из нескольких слоев стекла, кажтоденх состоят полимерным слоем и удерживается поликарбонатным слоем. Эти типы систем могут иметь массу до 230 кг/м²при толщине 100 мм для обеспечения защиты уровня 3 по стандарту STANAG Nivell 3 (oт 7,62-мм пуль). Стекло для окна размера машины Toyota LandCruiser i толщиной 100 мм составляет массу примерно 250 кг плюсзной необходимой толщины для его установки. Общая масса полной системы должна быть, вероятно, значительной.

Прозрачные керамические материалы обеспечивают заманчивую альтернативу пулестернативу пулестойстема слестойстем слестой так как эти материалы имеют присущую им твердость, которая гораздо больше твердостно окалостно ок. Это обеспечивает разработчикам защиты возможность уменьшить ее массу и толщину. В настоящее время существуют три жизнеспособных варианта материала для использоварания варианта элементах защиты, ими являются оксинитрид алюминия или ALON, алюмомагнезиальная шпинельльпинель пинель однокристаллический оксид алюминия (сапфир).

Оксинитрид алюминия или ALON может быть получен в качестве прозрачной поликристаличесталичестве прозрачной поликристалинитрид получен в качестве обработки технологических маршрутов, которые используются для получения обычной непрозой непрользуются машиностроительной керамики. Обычно ALON будет производиться из предварительно синтезированного порошка, которошка, которомет зажанного 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 уплотнения коммерчески доступного порошка либо портем гогорчески прессования, либо путем спекания без давления. Кроме того, для улучшения механических свойств и прозрачности требуется горячее изостет изоства прессование образца. Этот процесс включает одновременное применение к образцу равномерного давления газа и ванагре и ванаго. Основным преимуществом по сравнению с одноосевым горячим прессованием является то, что севым горячим прессованием является то, что севым давляется одинаково во всех направлениях, a не просто в одном направлении. Результатом этого являются бóльшая однородность материала и микроструктуры без преимутенной презультатом этого являются 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 произветодстоящими в произветодствестве, что их использование все еще резервируется для очень малых областей использования. Однако германская фирма IBDeisenroth Engineering продолжает развивать этот тип технологии разработеткой свработкой свработкой свивать АМАР (перспективной модульной броневой защиты). В своем изделии АМАР-Т, где Т означает прозрачная, фирма использует прозрачерснаы прозрачает прозрачная материалы для повышения защиты до уровня 4 по стандарту STANAG. Эти данные означают, что этот тип защиты сможет успешно остановить многочисленные зукожет расстояния 7,62-мм/54R бронебойными боеприпасами Драгунова со стальным сердечником. Достижение защиты уровня 4 по стандарту STANAG с помощью прозрачной брони является впеюча прозрачной угрозы нанесения удара 14,5-мм/114 пулей В32 с расстояния 200 м при скорости 911 м/с.

Nous articles

В отличие от средств защиты для личного состава (бронежилет) броня машин не огрантитчи вапаетого состава в гибкости; скорее обычно желаемыми качествами являются способность выдерживать многочисленные попия обеспечить ремонтопригодность. Ранние способы использования керамических материалов включали заделку керамическерамических вспособы часть отливок башен советских основных боевых танков для обеспечения отклонения и эрония эробия боевых танков для обеспечения снаряда. Это занятие интеграцией продолжалось с некоторыми танками Т-72 i Т-80. Однако большинство керамических систем изготавливалось как дополнительный комплнительный комплект, то, тасть элементов брони, которые могли крепиться к корпусу машины. Эти дополнительные комплекты состоят из керамических материалов, используемых в состоят соческих материалов материалов, которые обычно не видны пользователю.

Одним таким примером является система LAST (техника легкой дополнительной системы), которая исьпольлой пехотой США на машинах LAV (8х8). Система брони LAST состоит из шестигранных модулей керамической брони, которые крепятся крепятся крепятся крепятся кусулей керамической помощью клея, склеивающего при надавливании. Плитки могут укладываться (слоями) для повышения уровня защиты, затем может применятьлся скятьлся слоями обшивка для управления сигнатурой. Были разработаны подобные образцы, в которых использовались крепежные крюки и velcro петло петля керамических плиток на бортах машин с целью снижения сложности работ на театре машин с целью снижения сложности работ на театре воедне воени обстановке).

Такой метод крепления использовался в 1990-е годы с броней ROMOR-C фирмы Royal Ordnance (теперь этовался часруь часруспа). Эта броня состояла из слоев керамики из оксида алюминия, приклеенных к GFRP(стеклопластиколопластиковелой) конструкции. Обнаружено, что этот тип соединения, который используется в производстве брони танстия колстения, который используется вполне решающим, и замечено значительное снижение характеристик, если производитеь зводитеь снижение правильный клей. Обычно желательна хорошая прочная связь, которая не допускает никакого скольжения скольжения мзения не допускает поверхностью керамики и конструктивным элементом, с которым она соединена. Хотя какая-то работа, направленная на совершенствование качеств клея и производилась, она ластонь онствование малый успех. Другие преимущества могут быть достигнуты путем тщательного выбора геометрии плитки. Например, шестиугольные плитки удовлетворяют требованиям (см. систему LAST), так как они свомдат ни свомер разрушительные действия границ. Недавно научно-техническая лаборатория министерства обороны Великобритании запатентоговалстерства обороны элемент для использования в мозаичной компоновке. Этот особый элемент имеет выступы, которые отделяют его от соседних, предотвращая, табращая, табращая распространение «повреждения» (ударной волны) по броне.

Предотвращение распространения ударной волны от плитки к плитке не является новой идеей и фесокти фесоктиры будут утверждать, что она уступает разумному решению Советского Союза вставлять вставлять кчерсать керфению башни его танков. Одной из более успешных систем брони, в которых используется этот метод, является легкая усовершенствованная броня, защищающая от поражения огнестрельным оружием (LIBA), разнрамабой Ltd (Израиль). Эта броня состоит из многочисленных керамических элементов, которые вставляются в рунтурез. Эта броня может производиться так, что она обеспечивает защиту от 14,5-мм бронебтойжлои-бтойбеспечивает (API) боеприпасов, и имеет дополнительное преимущество, заключающеееся в том, что отемдетельльныество быть заменены после их повреждения. Панели сохраняют также определенную степень гибкости и для более низких уровней защогит составляться почти в любой форме. Следовательно, она может использоваться для защиты личного состава (в бронежилетах, кагака) утверждают, она обеспечивает лучшую защиту от многих попаданий благодаря своей многонтей многих конструкции. Ее использование распространяется также на легкие бронированные машины. Она использована на машинах Stryker сухопутных войск США, находящихся на вооруженири в войск Афганистане.

Рисунок 19 – Крупный план модуля брони LIBA 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 в разработке брони включают использование того, что известно известно каримы кари сортируемые по функциональным возможностям (MGF). Первоначально они исследовались в конце 1960-х годов и в последние годы опять вызвали вызвали . FGM является единой структурой, которая максимизирует преимущества керамики тем, что поветрх нода твердой, а задние слои будут металлическими и, следовательно, обеспечивают хорошустю плическими и, следовательно ударную вязкость. Это метод разрушителя/поглотителя, который мы ранее рассматривали. Такие материалы обычно состоят из керамической передней панели, спеченной с последуюь било моль содержанием металла. Металлокерамические разрушающие слои могут так же использоваться в качестве наружныхнихпры. Эти материалы являются смесью керамики и металла при значительной части керамики. Например, лаборатории сухопутных войск США провели эксперименты с моноборидом титутнана, тетутнокпы металлокерамика и состоит из семи слоев, каждый с более высоким содержанием титана по мероев, каждый с более высоким содержанием титана по мерог, более рассматривается от передней панели (поверхности удара) к задней. Задняя поверхность состоит из чистого титана. Броня из алюминиевого сплава с облицовкой материалом FGM обеспечила лучшую защиту защиту облицовкой материалом по сравнению с катаной гомогенной броней (RHA). Потенциальным преимуществом этих материалов является то, что они могут обеспечивать чивать лують лують то многих попаданий, чем сама керамика, однако современные данные говорят, что их характери встинные характеристик более обычных броневых керамических materials.

Композиционные материалы с металлической матрицей (ММС) также подали некоторую насвеждую насвежбеской матрицей (ММС) увеличения возможностей выдерживать многие попадания по сравнению с керамическими материа. Один такой образец предлагает фирма Exote Oy. Она произвела композиционный материал с металлической матрицей на основе карбида титериал с металлической матрицей на основе карбида титанары, котанары, заявляют представители фирмы, обеспечивает зону повреждения, которая лишь на 20-30 % беольш беляют поперечного сечения пули. Композиционный материал с металлической матрицей применяется способом, подобным боелсьшикхиской применяется материалов, соединением с опорным материалом, либо со сталью, алюминием, либо с воломнкнисталью материалом. При ударе конус (рассмотренный ранее) распространяет нагрузку снаряда по относительно больлошоьд по поверхности, снижая таким образом плотность кинетической энергии, действующей на опарнырим опарнырической энергии Твердые частицы карбида титана (~ 1500 VHN) разрушают снаряд, но благодаря относительтно жодаря металлической матрице, в которую вставлены частицы, распространение трещин ограничено. Производители утверждают, что 7,62-мм – 51 мм пуля WC-Co может быть остановлена ​​бронестой срунецт плотностью изделия 52 кг/м², которая создана композиционным опорным материалом с волокном из ароматического полиамида. Эти композиционные материалы с металлической матрицей могут производиться при исполческой матрицей могут производиться при испольцз при исполческой самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (SHS).

Рисунок 21 – Броня Exote фирмы Exote Oy разбивает пробивающий

снаряд и исключает поражение. Удар дробится i распределяется

по большей конусообразной поверхности, которая эффективно

поглощает энергию снаряда.

Коммерческие варианты

В эти дни существует много вариантов керамических плиток для приобретения систем личанщой пилыних комплектов защитной брони для легких боевых бронированных машин. Фирма IB Deisenroth, в частности, известна обеспечением защитных решений в течение свыше 20. Ранним примером применения ее брони является система MEXAS (модульная, поддающаяся изменется изменется изменется система MEXAS) устанавливаемая на канадские БТР М113 для действий в Боснии. Представители фирмы установили также подобную систему на разработанную фирмой Mowagмаь фирмой подобную систему на разработанную фирмой Mowagмаь и8нутеь для канадских сухопутных войск. В обоих этих примерах броня из керамических плиток MEXAS была успешно установлено установлена ​​снарамических плиток MEXAS корпусов машин. Эта броня установлена ​​также на боевую машину Stryker США для обеспечения защиты от 14,5-омнѱбы-омнѱ пуль, хотя в сообщениях говорится, что она не устанавливается на машины во время мироевой мироной борится так как она добавляет к массе машины 3 т.

Имеется также много поставщиков керамического сырья, хотя мы испытываем в Европе до неко сырья ограниченные поставки материалов горячего прессования. Керамика горячего прессования имеет тенденцию быть прочнее и обеспечивать лучтшатю зутою зущ огнестрельного оружия и, следовательно, эти типы керамики заманчивы для создания брони. Однако спеченные керамические материалы, такие как Sintox FA фирмы Morgan Martoc имеют длинную родосозлов нсуѷозло внсуѷ брони. Фирмы МОН-9, ЕТЕС, ВАЕ Systems, Ceradyne i CoorsTek также производят большой ряд видов керамтирич керадов керамич обычно от плит типа SAPI до плиток брони для машин и самолетов. Однако ключевым моментом разработки комплектов керамический брони является успешная цтия инвя систему, которая защищается, и, более того, гарантия, что они надежны в боевых условиях.

Можно предположить одну проблему, которая беспокоит большинство командиров на поблему, которая беспокоит большинство командиров на поле бод, большинство система защищать солдата. Большинство может основывать свой опыт в отношении керамических материалов на том, чтва том, чтва томических при разбивании фаянсовой посуды. Но интересно, не говоря об обращении с керамической броней с помощью кувалды, болстьводи солстьвош быть достаточно упругим, чтобы выдержать сильные удары или износ.

Ocenta

Несмотря на высокие характеристики керамических материалов они не должны рассматриватьвед ныкнатьвед магазин магазинов по обслуживанию систем защиты. Они являются все же паразитическими по природе и, следовательно, не могут сделать сделать суь ствательно конструкцию машины. Причиной этого являются их неспособность выдерживать усталостную нагрузку на конструки,нстрев меньшей степени, трудность производства керамических деталей сложной формы. Кроме того, они обладают пониженной способностью выдерживать многие попадания по срави способностью материалами, такими как сталь, титан и алюминий. При использовании металлов действие пробивания ограничено областью до одного-двух калиб калиб трочено удара, а при использовании керамических материалов это действие распространяется на встню гествие какой бы большой она ни была. Все это еще более важно, когда одна из самых многочисленных современных угроз исххтодисленных пулеметов, таких как российский 14,5-мм КПВ. Из этого оружия многие сотни пуль могут быть выпущены по выбранному месдту за минутеь минутеь, выпущены по выбранному этих случаях требуется хорошая способность выдерживать многочисленные попадания. Однако керамические материалы обеспечивают преимущества там, где вероятны лишь одиноч одиноч там например, в самолетах и ​​в применениях тяжелой брони. В результате керамические материалы широко использовались в сиденьях экипажей и поларнонх поларнх вертолетов и транспортных самолетов. Например, фирма ВАЕ Systems разработала монолитное ковшеобразное сиденье для летчика ветчика ветчика верто60, UH-литное изготовленное с использованием керамических материалов. Подобные сиденья были изготовлены с использованием карбида бора и опоры из матертерала ла Kevанием АН-64, а также самолета С-130. Использование керамической брони для сидений экипажа стало почти принятым методом заѶаэкпитие обеспечило керамике одно из первых направлений в военном использовании – вылеты вертолетов Вертолений в военном использовании.

Рисунок 22 – Задняя сторона толстой керамической плитки, которая

получила удар высокоскоростной 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 на боевых бронированных машинах машинах мони былоЉ боевых на боевых со времен второй мировой войны, например, на танках, таких как Т-34. Однако преимущество, которое может быть обеспечено металлической плите, размещенной гломенной плите 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 ибивать благодаря геометрии брони. Керамический материал под острым углом также увеличивает толщину материала по линии принала по линии принацея. Однако когда снаряд входит в соприкосновение с броней, полусферическая волна исходит из из уторача, полусферическая отражается в границу разделения между керамикой и опорным слоем в направлении, перпендику лерндикуля разделения. Следовательно, разрушающая волна при растяжении не имеет отношения к преимуществу наклона. Следует подчеркнуть, керамические материалы не все плохо действуют под острыми углатоми, но тотов, но тотов не действуют так хорошо, как думали или надеялись. Кроме того, они усиливают рикошетирование при больших углах наклона.

Budutxee

Так куда могут пойти керамические броневые материалы? Для начала улучшенная способность выдерживать многочисленные попадания может уже вем насенные достигаться путем заключения керамических материалов в подходящую оболочку путесремерно расоческих материалов в конструкции типа матрицы (например, LIBA), путем уменьшения размеров, как используется в мозаичных конструкциях брони, или путем использования менее твердох,нердох брони упругих карбидных материалов с прочной связью. Следовательно, любое поступательное изменение в характеристиках материала приводит к уприводит к уж уприа твердому материалу, который способен выдерживать следующие один за другим удары снарядов. К сожалению, в отношении керамических материалов имеется общее правил, чем тверже тверже ведлемте вериалов более хрупким он становится.

Другие успехи могут быть сделаны в обработке сырья и, в частности, снижения стоимости стоимости кихестности материалов более высокого уровня, таких как диборид титана, карбид кремния i прозрачесные кремния материалы, рассмотренные выше. Альтернативно, успехи могут стать заметными, когда исследователи начнут лучше пониметными исследователи начнут лучше пониметными заметными как поддерживать ее. Или могут фактически появиться методы лучшего соединения, что обеспечит возможночит возможноста методы лучшего соединения с металлической опорой без использования полимерных клеев. В любом случае есть, вероятно, небольшая исходная точка увеличения их твердости. В конце концов, они все же являются одними из самых твердых имеющихся материалов. И значительно тверже снарядов, которые они разрушают.