Успехи в области керамической брони пол дж. Хейзелл

В настоящее время существует непрерывно возребность потребность в более легких и меньших по габаритам боевых бронированных системах. Ожидается, что боевые бронированные машины будут будут блабаритам 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 может быть использовано для брони, 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 рпг. Эту проблему часто усугубляют политические и (или) оперативные требования, выполнение которых которых требует главным образом Использования легких боевых бронированных машин, основном колесных, колесных, которые по своей конструкции и ограничениям по Массе отличаются довольно низким уровнем броневой защиты огнестрельного огнестрельного огнестрельного огнестрельного огнестрельного огнестрельного оружия (обычно от 7,62-мм оружия). В связи с таким положением возникает требование требование к производству брони, обеспечивающей лучшую защиту личного состава Gehiago irakurri до минимума ее полной массы.

Хорошая защита в сочетании с сочетании с малой массой роль в в собственной защите личного состава, об этом знает любой солдат, ведущий боевые действия в ираке или афганистане. Взять, Например, личный бронежилет (Iba) Сухопутных войск сша. Первоначальная его концепция состояла тактического жилета (OTV) eta Двух Носимых Керамических Вставок, Спереди и сзади защищающих солдата стрелковым стрелковым оружием (Sapi). Однако из-за серии смертельных случаев в ираке и афганистане в Iba был внесен ряд дополнений. Самым значительным из была боковая защита от огнестрельного оружия (Esbi), осуществленная улучшенными боковыми Вставками, А Также расширенная защита с дополнительными приспособлениями, закрывающими плечи. Для этой были были использованы пластины sapi и esbi, Которые обеспечивают лучшую защиту от винтовочных пуль с высокой начальной скоростью. Этот уровень улучшенной, Но легкой защиты был достигнут только при использовании керамических 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 выдержать больше

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 «Слово« Керамика »с глиняной или фаянсовой посудой, которую они используют дома, или Кафелем, используемым на стенах ванной комнаты. Керамические материалы использовались в домашних условиях тысячелетиями, однако эти материалы стали началом Керамических материалов, Которые применяются в настояще время в бронированных машинах.

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 между керамикой, которую мы выбираем для использования в качестве брони, керамикой, которую мы находим дома, является прочность. Современные Броневые Керамики являются ячень прочными материалами и фактически при сжатии они могут быть значительно Прочнее, чем имеющиеся самые прочные стали (см. Табл. 1). То Полезное свойство используется для брони, которой снаряд или кумулятивная струя прилагают сжимающую нагрузку на материал. Керамики, Конечно, имеют «ахиллесову пяту. Они слабы на растяжение и, и, следобны выдерживать только очень маленькие маленькие количества деформации (удлинение до разрушения), Как показывает таблица 1. это объясняется наличием в структуре очень маленьких трещин, Которые, Когда подвергаются локализованным силам растяжения, являются источником каточником катого разрушения. Это тип разрушения, с которым мы знакомы очень хорошо обеденной 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 (Rha)

Керамики в броневом применении работают в значительной степени как элементы устройства разрыва в конструкции многослойной брони. Целью этих материалов в конструкции мнони является разрыв на осколки подлетающего снаряда или быстрое ослабление его. Другими Словами, Кинетическая энергия снаряда рассеивается броневым материалом разбивая снаряд на осколки и Перенацеливая энергию получающихся в результате осколков в сторону от защищаемой конструкции. Другие элементы в многослойной коногослойной коногослойной конструкции будут действовать 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 брони оптимизировано для «Разрыва» и «Поглощения» Кинетической энергии подлетающего средства угрозы. Так, Возьмем 7,62-мм / 39 пулю ак-47. 6 Примерно 6 мм подходящей керамики, связанной с полиамидной тыловой стороной, такой как Kevlar, было бы достаточно, чтобы Вызвать значительное разрушение сердечника пули. Разбивание сердечника связано также с радиальной дисперсией. Gainera, hau da, Подердечника приводятся в движение перпендикулярно, когда снаряд пытается пробить систему. Это уменьшает плотность кинергии снаряда (Кинетическая энергия, деленная на площадь поперечного сечения Снаряда) eta, следовательно, уменьшает пробивную способность.

Начало первого исследования в обледования в области типов брони, облицованной керамикой, может быть отнесено к периоду как раз После первой мировой войны, Когда в 1918 Году Майоу хопкинз хкспериментально наблюдал, 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 относительно недавним способом повышения защитных свойств в таких странах, как великобритания. Однако этот способ нашел широкое использование в советском союзе и военнослужащими сша во время вьетнамской войны. Здесь использование керамических материалов вызвано попыткой уменьшить потери летчиков вертолетов. Например, 1965 году вертолет UH-1 Huey был оснащен комплектом композитной брони с твердым покрытием покрытием (HFC), используемым в Бронированных сиденьях пилота и второго пилота. Сиденья обеспечивали защиту защиту от 7,62-мм бронебойных (ар) Боеприпасов Снизу, с боков и сзади благодаря использованию облицовки из карбида бора и основания из стекловолокна. Карбид Бора является одной из самых легких керамик, которые могут использоваться в броне (и по хорошей причине). Он имеет примерно 30% от массы стали того же объема и в объе 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 (фирма Ceradyne Inc.).

Gehiago, hau da, hau da, дал подъем новым идеям, а необходимость защитить экипажи вертолетов привела к обширным исследованиям. Именно эта работа, выполненная учеными сша в 1960-е годы, создала базу для совершенствования в настоящее время характеристик керамической брони.

Механизм воспрещения пробивания преграды снарядом

Прежде чем углубиться в изученных современных успехов в сехнологии керамической керамической брони, полезно рассмотреть механизмы, за счет которых система на базе керамики способна разрушать снаряды. Ранняя работа м. . Уилкинза и его 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 вдоль сердечника пули. Волны в обоих этих материалах разрушаются, для керамики это становится проблемой, когда волна сталкивается с Периферийной поверхностью раздела или со связующим со связ между керамикой и ее защитным слоем. Большинство типов керамической керамической керамической брони в время создается при использовании полимерного связующего материала, который по своей природе имеет 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 исходят и места удара и это они ведут к образованию конуса в материале, что в большинстве Случаев, Распространяет нагрузку от пули по более широкой площади площади поверхности (см. рис. 6).

Рисунок 6 - модель Ansys Autodyn-2D, Показывающая образование

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

Голубые области показывают неупругую деформацию; Можно увидеть,

что пластическая деформация задней плиты происходит как раз

Gehiago irakurri Нагрузочным конусом керамики.

Это первое преимущество, которое обеспечивается 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 акустивлением, которое воздействует на интенсивность Сверхзвуковой Волны, Воздействие Которой Направлено назад по стержню стержню стержню снаряда. Это очень важно, так как керамика с высоким акустивлением приводит к приводит к высокой интенсивности воздействия ультразвуковой волны на снаряд, вызывая его повреждение при растяжении.

Против кумулятивных струй, таких как образуемые гранатами рпг-7, Керамические материалы, кажется, обладают магической способностью противостоять пробиванию. Разгадкой здесь является охрупчивание (хрупкое противодействие) материала. Когда кумулятивная струя проникает п керамику, она разбивается осколки мелкие осколки в ограниченном для материала проникающей струи районе. Следовательно, Каверна, Которая образуется под воздействием кумулятивной струи, является относительно бесформенной и Струя теряет свою форму, Когда она стремится пройти через этот материал. Hala ere, чбнаружено, что обычное флоат-стекло (то есть стекло, которое находится в окнах жилых домов) также является эффективным в качестве броневого материала против кумулятивных струй. Gehiago irakurri, что эти высокие показатели проявляются при соотношении массы на массу, если сравнивать со сталью. Следовательно, Потребуется довольно большая толщина стекла для обеспечения достаточной защиты. Оконное стекло толщиной 3 мм не устоит против струи гранаты рпг-7 !!

Однако интересная концепция была предложена 13-ом европейском симпозиуме по боевым бронированным машинам (AFV), Gehiago irakurri 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 прозрачной взрывной реактивной брони (ARA), то есть, брони area, которой в качестве материала Противодействующей плиты используется стекло. Если бы использовалась прозрачная взрывная жидкость вместость рвх, моставов рвх, можно было бы производить полностью прозрачную систему aroa. Gehiago, Покодчеркнул профессор хелд, эта система будет система будет система будет очень тяжелой, так как задняя плита (основной броневой защиты) Должна быть очень толстой жесткой, так чтобы она не ноздействовала на сидящего за ней члена Gainera, Когда детонирует взрывчатое вещество взрывной защиты. Толщина неподвижной задней плиты должна быть полжна быть порядка 150- 200 ММ по сравнению с 10-20 мм передней противодействующей плиты.

Керамические материалы обладают также хорошим хорошим механизмом упрочнения 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 прочности возрастаети сопротивление пробивлению пробиванию и, следовательно, струе или снаряду все труднее Пробивать такую ​​преграду. Именно этот механия упрочнения упрочнения делает эти материалы особенно ценными в остановке самоформирующихся поражающих элементов Типа «ударного ядра» (EFP). Недавно боевые части на базе efp привлекли серьезное внимание благодаря использодаря использоданию использованию их повстанцами ираке, имеющими значительные запасы противотанковых мин советской эпохи, которых испорых испорых испорых испорых испорых испорых испорых испорых испорых испорых испорых используются элементы efp. Обычно оболочки таких зарядов делаются из плаллов, например, например, низкоуглеродистой стали или меди. Получающийся в результате подрыва поражающий элемент состоит в этом случае из деформированного куска металла, очень эффективного благодаря высокой скости, однако эти элементы относительно мягкие. В более усовершенствованных элементах EFP используется тантал (тантал материал материал материал из-за его использования в мобильных телефонах). Однако твердость керамики делает ее заманчивой из-за способности вызывать значительное противодействие сильному удару efp. Одним из примеров керамической керамической керамической брони для защиты от 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 защиты от зарядов типа «ударное ядро».

Керамические материалы для применений на поле боя

Оксид алюминия

В 1980-е годы в большинстве систем защиты на основе керамики, которые использовались на поле боя, употреблялся оксид Алюминия, известный иначе как глинозем (Alumina). Оксид Алюминия относительно относительно пророгой в пророгодстве и даже довольно тонкие элементы защиты на его базе могли остановить пули стрелкового оружия, оружия, выстреливаемые с высокой скоростью. Как отметил в 1995 году с. Дж. Роберсон из фирмы Defentsa Advanced DefentsaMaterials Ltd, имеются значительные улучшения характерия характерия характерия характеристик систем защиты при использовании оксида Алюминия по сравнению с другими керамическими / композиционными материалами. А При использовании систем с карбидом кремидом кремидом бора дополнительная баллистическая характеристика мала при значительных дополнительных затратах. Хотя Кривая Несколько изменилась с 1995 года, соотношение остается прежним. Существует оптимальное по высокой решение для относительно относительно небольшого улучшения баллистической характеристики. Gehiago irakurri огно защиты от защиты от огнестрельного огнестрельного огнестрельного оружия (хотя и небольшой) может быть заманчивым, если Требуется минимальная масса, например, в самолетных или личных (индидуальных) 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 используется в системах индивидуальной защиты личного состава, eta также в системах защиты машин. Великобритании первая система для личного состава масового производсова, которой использовались Керамические плиты, была введена в северной ирландии. Базовая мазовая защиты, известная как боевая личная броня (сва), является составной и состоит из основного элемента из найлонового и найлонового и найлонового и полиамидного волокна, которому могут добавляться 1-кг плиты из композиционного материала с полиамидным волокном, облицованные керамикой для обеспечения защиты сердца и основных органов от высокоскостных Винтовочных пуль (см. Рис. 10). Они Подобны плитам Saр, 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 экономическую эффективность и способность оксида алюминия остановить большинство пуль стрелкового оружия Gehiago irakurri хорошей эффективности по масссе свой путь на рынок керамической брони нашли другие керамические материалы. Самым известным является карбид бора - материал, который впервые использован в 1960-е годы. Он Невероятно тевероятно твердый, но также невероятно дорогой и поэтому он используется только в самых самых экстремальных условиях, в Которых желательво компенсировать несколько грамм массы броневой структуры, например, капример, капример, как в сиденьях экипажа самолета V22 Osprey. Другой пример использования карбида бора был п системы усиленной личной защиты (ева). Опять была 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». Тупая Травма Происходит, пробиваета не передача импульса удара вызывает большую деформацию в слое Gehiago, Ведущую к ушибам, серьезным травмам основных основных органов основнов основнов основнов и даже смерти.

Карбид Бора производился фирмой Bae Systems Advanced Ceramics Inc. (официально Cercom) и интегрировался в виде вставок, защищающ 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 других других элементах

личной защиты. На снимке показана опытная каска малого масштаба.

Карбид бора является материалом в высокими характеристиками. Gehiago irakurri, кторой обладает этот материал, и его невероятно низкой плотности, он имеет один Потенциальный недостаток. Gehiago irakurri Последния основания предполагать, что он будет действовать так хорошо, как ожидают, при Пробивании высокоскоростными пулями с плотным сердечником. Gainera, Как полагают, обусловлено физическими изменениями, которые проиалодят с материалом, когда он подвергается сильному удару, вызываемому этими боеприпасами. Фактически при испытании с неопределенным алюминиевым материалом в материалом сачеств основание предполагать, что Против особых снарядов на базе карбида вольфрама определенные марки карбида борки карбида бора действуют также хорошо, как и Преграды из окисла алюминия. Это несмотря на бóльшую твердость карбида бора. Обнаружено также, что когда карбид кара связан с слоистым пластиком, армированным волокном, происходит явление «Разрушения промежутков». Это происходит там, Где обнаруживается двойная скорость V50 (Скорость, При которой ожидается,% 50 снарядов полностью полностью Пробьют цель) Раскрытия (Действия) Двойной Скорости v50 обычно объясняются переходом от пробивания цели неповрежденным снарядом к Поражению цели разрушенным снарядом на более высоких скоростях. Однако работа научно-иссследовательской сухопутных сухопутных войск сша показала, что воздействие при большей Скорости v50 на композиционный материал, облицованный карбидом бора, проидходит в связи с изменением процессе образования осколков керамики. Тем не менее, вывод из этих результатов означает, что толщина плиты из карбида бора должна быть больше, чем Gehiago irakurri, чтобы защищать от этих плотных сердечников сердечников снарядов 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 сердердердечника пули арм2 карбид бора. Показаны:

Hala ere, gehiago, за счет эрозии, осколки пули и поглощение.

Карбид кремния

В последние годы другие керамические материалы также показали значительную перспективу в обеспечении защиты от Hori dela eta, hau da, Но ни один из них один оказался более эффективные боле эффективные горячему прессованию образцы Карбида Карбида Кремния, Которые производятся фирмами сша, такими как Bae Systems и Ceradyneinc. Фирма Ceradyne, Вастности, имеет длиннную родословнную прословнную производстве приток для применения с целью защиты, Будучи вовлеченной в этот процесс с 1960-х годов. Этот материал производится под объединенными нагревом и давлением, чтобы изготовить невероятовить невероятно прочное изделие, Gainera, Как доказано, обеспечивает высокое сопротивление пробиванию боеприпасами стрелкового оружия, а также Снарядами APFSDS. Во Время изготовления обычно достигаются температуры примерно 2000 ° с.

Карбид Кремния, Вастности, показал невероятное сопротивление пробиванию, вызванному явлением, известным как задержка во времени. Говоря Просто, «задержка во Времени» это, когда снаряд, кажется, буквально сидит (отсюда «задержка») на поверхности керамики некоторое время после удара. Это явление, Которое можно видеть при использовании технологий высокоскостной 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 явление наблюдалось в начале 1990-х лабораториями сухопуториями сухопуториями сухопуториями сухопуториями сухопуториями сухора, 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 достиче, является использование типа горячего прессования для капсулирования Керамики с помощью металлических накладок. Следствием этого процесса является вызывание вызывание высоких сжимающ в керамическом материале посредством Теплового рассогласования металлических и керамических слоев при охлаждении. Эта предварительная нагрузка в конечном счете обеспечивает керамике преимущество. Второе преимущество обеспечивается окантовкой керамического материала металлическими накладками и увеличением Возможности выдерживать многочисленные попадания. Это ограничение действует для сохранения всех осколков в едином объеме и, следовательно, увеличивает эрозийную Способность брони при дополнительных выстрелах.

Относительно недорогой карбид кремния кремния может производиться также процедством процесса, известного как соединение реакцией. Этот процесс обеспечивает точный размер керамического изделия, тогда как другие традиционные методы 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 при низкой угрозе. Однако часто в структуре керамики откладываются побочные продукты в форме «Пудлинговых криц» Которые могут образовать слабые места в керамике. Для Карбида Кремния, Соединительной реакцией они принимают вид кремния - относительно мягкого материала.

Рисунок 14 - микроскопическая структура (Сверху вниз): связанного

Реакцией Карбида Кремния, спеченного карбида 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 малую перспективу в деле производства керамической брони.

Имеются сообщения, что нитрид алюминия был принят бронинят бронированных машинах, однако их немного. Нитрид Алюминия является странным матаннность заключается в том, что он работает лучше при увеличенных Скоростях удара (обладает Высокой Стойкостью), однако при баллистических скоростях на сегодняшнем поле Боя, обладает относительно 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 шесть раз плотнее карбида 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 Gehiago irakurri Большой амплитуды, что в конечном счете приводит к его разрушению. Gehiago, что только объектам объектельно тоносительной защитой, требующим обеспечения стойкости стойкости обстрела Бронебойными (Ар) Боеприпасами, Такой Материал Может обеспечить потенциальные потенциальные возможности экономии заброневого Пространства, Когда Масса не является определяющей.

Прозрачные керамические материалы

В последние годы проведена значительная работа по поиску альтернативы пулестойким системам остекления, которые Используются (В качестве ветрового стекла) на таких машинах, как Humvee. Современные Традиционные прозрачные системы являются относительно тяжелыми, особенно, особенно, особенно, когда они требуются для защиты Больших секций (окон). Это вызывает проблемы при разработке защиты легких машин. Традиционно системы остекления таких машин состоят из нестольких слоев стекла, каждый из которых отделен 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 3. maila (от 7,62-мм пуль). Стекло для окна размера машины Toyota Landcruiser И Толщиной 100 массу примерно 250 кг плюс стальные пазы необходимой Толщины для его установки. Общая масса полной системы должна быть, вероятно, значительной.

Прозрачные керамические маманчивают заманчивую пулернатим пулестойким системам остекления, так как эти Материалы имеют присущую им твердость, которая гораздо больше твердости оконного стекла. Это обеспечивает разработчикам защиты еменьшность ее массу и толщину. В настоящее время существуют три жизнеспособных варианта материала для использования в прозрачных элементах защиты, Ими являются оксинитрид алюминия илиминия или alon, алюмомагнезиальная шпинель или шпинель и однокристалический оксид алюминия (сапфир).

Оксинитрид алюминия или alon может быть получен в качестве прозрачной поликристалической керамики путем обработки Технологических маршрутов, Которые используются для получения обычной непрозрачной машиностроительной керамики. Обычно Alon будет производиться из предварительно синтезированного порошка, которому заторому заторому придаваться придаваться придаваться 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 быть поучена поучена поученотнения коммерчески доступного порошка либо порошка либо путем горячего прессования, уибо Путем спекания без давления. Кроме того, для улучшения механических свойств и прозрачности требуется горячее изостатическое прессование образца. Этот процесс включает одновременное применение равномерного давления гавления газа и нагрева. Основным преимуществом по сравнению с одноосевым горячим пресссованием является то, что давление применяется одинаково Во всех направлениях, Не просто в одном направлении. Результатом этого являются бетериала материала и материала и микроструктуры без преимущественной ориентации, что Приводит к более высоким прочности 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 дорогостоя дорогостодстве, а это значит, что их Использование все еще резервируется для очень малых областей использования. Однако Германская фирма Ibdeisenroth Engineering развивать развивать этот тип технолой своего ряда изделий амар (Перспективной модульной броневой защиты). В своем изделии амар-т, Где означает прозрачная, фирма использует прозрачные керамические материалы для повышения защиты до уровня 4 по стандарту Stanag. Gehiago irakurri, что этот тип защиты сможет успешно остановить удары с с близкого расстояния 7,62-мм / 54r Бронебойными Боеприпасами драгунова со стальным сердечником. Достижение защиты уровня 4 По стандарту Stanag с помощью прозрачной прони является впечатляющим при наличии угрозы Нанесения удара 14,5-мм / 114 пулей в32 с расстояния 200 м при скости 911 м / с.

Новые подходы

В отличие от средств защиты для личного состава (бронежилет) броня машин не ограничин не ограничивается потребность в гибкости; Скорее обычно желаемыми качествами являются способность многобность многобность многочисленные попадания и обеспечить ремонтопригодность. Ранние способы использования керамических материали включали заделку керамических сфер в переднюю часть отливок Башен советских основных боевых танков для обеспечения отклонения отклонения отклонения и эрозии бронебойного снаряда. Это занятие интеграцией продолжалось с некоторыми танками 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 комплекты состоят из керамических материалов, сочетании со сочетании со слоями других Материалов, Которые обычно не видны пользователю.

Одним Таким пвляется система Azken (Техника легкой дополнительной системы), которая использовалась морской Пехотой сша на машинах lav (8х8). Система брони Azken Состоит из шестигранных модулей керамической брони, которые крепятся которые крепятся 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 испорых испорых использовались крепежные крюки и петли velcro для установки керамических Плиток на бортах машин с целью снижения сложности работ на театре военных действий (Боевой обстановке).

Такой метод крепления использовался в 1990-е годы с броней Romor-C фирмы Royal Ordnance (теперь это часть группы Bae sistemak). Эта Броня состояла из слоев керамики из оксида алюминия, приклеенных к gfrp (Стеклопластиковой) / Алюминиевой конструкции. Hala ere, что этот тип соединения, который используется в производстве брони такой конструкции, является вполне Gainera, hau da, и замеченое знижение характеристик, если производитель не использует правильный клей. Обычно желательна хорошая прочна 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 плитки удовлетворяют требованиям (см. Систему Last), Так как они сводят до минимума разрушительные действия границ. Недавно научно-техническая лаборатория министерства обороны великобритании запатентовала шестиугольный элемент для Использования в мозаичной компоновке. Этот особый элемент имееет выступы, которые отделяют предотвращая, таким образом распространение «Повреждения» (ударной волны) по броне.

Gehiago irakurri ударной волны от плитки к плитке является новой идески нектически некоторые будут Halere, что она уступает разумному решению советского союза вставлять керамические сферы в башни его танков. Одной из более успешных систем брони, которых используется этот метод, является легкая усовершенствованная броня, защищающая от поражения огнестрельным оружием (liba), Разработанная фирмой Mofet Etzion Ltd (израиль). Эта Броня состоит из многочисленных керамических керамических которые вставляются в резиновую матрицу. Эта броня может производиться так, что она обеспечивает защиту от 14,5-мм бронебойно-зажигательных (API) Боеприпасов, и Имеет дополнительное преимущество, заключающеся в том, что том, что тдельные элементы могут быть заменены после их Повреждения. Панели сохраняют также определенную степень гибкости для более низких уровней защиты могут составляться почти в любой форме. Следовательно, она может использоваться для защиты личного состава (бронежилетах), где, как утверждают, она обеспечивает лучшую защиту от многих попаданий благодаря своей многосегментной конструкции. Ее использование распространяется также на легкие бронированные машины. Она использована на машинах stryker сухопутных войск сша, находящихся на вооружении в ираке и афганистане.

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 в разработке брони включают того, что известно как материалы, сортируемые по функциональным возможностям (FGM). Первоначально они исследовались конце 1960-х годов годы опять 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 хорошую пластичность и ударную вязкость. Это метод разрушителя / поглотителя, который мы ранее расссматривали. Такие материалы обычно состоят из керамической передней панели, спеченной с последующими слоями с бóльшим 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 сухопутории сухопутных сухопутор провели эксперименты с моноборидом титана, который уплотнен как Металлокерамика и состоит из семи слоев, Каждый с более высоким содержанием содержание мере того, как образец 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 от 14,5-мм снаряда в32 по сравнению с катаной гомогенной броней (Rha). Gehiago irakurri Поте материалов является то, что могут обеспечивать лучпечивать обеспечивать обеспечивать обеспечивать обеспечивать лучую защиту от многих Gehiago, Сама Керамика, однако современные данные говорят, что их характеристики все еще ниже характеристик Более обычных броневых керамических материалов.

Композиционные материалы с металлической метрицей (ммс) также подали некоторую надежду обеспечении увеличения Возможностей выдерживать многие попадания по сравнению с керамическими материалами. Один такой образец предлагает фирма oy. Она Произвела композиционный материал с металлической металлической матрицей на основе карбида титана, который, как заявляют Gehiago irakurri, обеспечивает зону повреждения, которая лишь на 20-30% Больше площади поперечного сечения пули. Композиционный материал с металлической матрицей применяется способом, пособом большинству керамических материалов, Соединением с опорным материалом, либо со сталью, алюминием, либо с волокнистым материалом. При ударе конус (рассмотренный ранее) распространяет наспространяет нарузку снаряда по относительно большой площади поверхности, Снижая таким образом плотность кинетической энергии, действующей на опорный материал. Твердые частицы карбида титана (~ 1500 vn) Разряд, Но благодаря относительно жесткой металической матрице, в которую вставлены частицы, распространение трещин ограничено. Производители утверждители утверждители утверждители утверждители утверждители утверждители, то 7,62-мм - 51 мм пуля WC-Co Может Быть остановлена ​​Броней с конструкционной плотностью Изделия 52 кг / м², Которая создана композиционным опорным материалом с волокном из ароматического полиамида. Эти Композиционные материалы с металлической метрицей могут производиться при использовании процесса Самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (shs).

Рисунок 21 - Броня okilua 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 Deienroth, Вастности, Известна обеспечением защитных решений в течение свыше 20 лет. Ранним примером применения применения ее брони является система Mexas (Модульная, Подддающаяся изменению система брони), устанавливаемая на канадские бтр м113 для действий в боснии. Gehiago irakurri установили также подобную систему разработанную фирмой Mowagмашину Lav III (8х8), опять же для канадских сухопутных войск. В обоих этих примерах броня из керамических плиток Mexas была успешно установлена ​​снаружи металических корпусов машин. Эта Броня установлена ​​Также на боевую машину Stryker сша для обеспечения защиты от 14,5-мм бронебойных пуль, хотя в Сообщениях говорится, что она не устанавливается на машины во время мирной боевой подготовки, Так как она добавляет 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 горячего прессования имессованцию ​​быть прочне и обеспечивать обеспечивать обеспечивать обеспечивату от огнестрельного оружия и, Следовательно, эти типы керамики заманчивы для создания брони. Однако спеченные марамические материалы, татериалы, татериалы, такие как Sintox fa фирмы Morgan Morgan Morgan длинную родословную в созданную в создании брони. Фирмы Мон-9, етес, Systems, Ceradyne eta Coorstek 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 керамический керамический брони является успешная интеграция интеграция 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 может основывать свой опыт в отношении керамических материалов на том, что они видели на кухне при Разбивании фаянсовой посуды. Hala ere, Не Говоря об обрамической керамической керамической керамической броней с помощью кувалды, большинство систем должно быть Достаточно упругим, чтобы выдержать сильные удары или износ.

Оценка

Несмотря на высокие характеристики керамических материалов они 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 являются их неспособность выдерживать усталостную нагрузку нагрузку на конструкцию и, не меньшей степени, Трудность производства керамических деталей сложной формы. Кроме того, они обладают пониженной способность выдерживать многие попадания по сравнению с другими материалами, Такими как сталь, титан и алюминий. Gehitu использовании металлов действие пробивания ограничено областью до одного-двух калибров от точки удара, при Использовании керамических материалов это действие распространяется на всю геометрию пластины, какой бы большой она ни была. Вте еще еее бще бее б ,ж,, Самых многочисленных современных угроз исходит от огня тяжелых пулеметов, Таких как российский 14,5-мм кпв. Из этого оружия многие сотни пуль могу быть по выбранному месту за минуты и, следовательно, в этих случаях Требуется хорошая способность выдерживать многочисленные попадания. Однако керамические материают преимущества там, где вероятны лишь одиночные попадания, например, в Самолетах и ​​в применениях тяжелой брони. В результате керамические материалы широко использовались в сиденьях экипажей и полах бронированных вертолетов и транспортных самолетов. Например, фирма Вае Systems разработала монолитное ковшеобразное сиденье для летчика вертолета UH-60m, изготовленное с Использованием керамических материалов. Подобные сиденья были изготовлены с использовланы с использованы с использованием карбида бора и опоры из материала kevlar для вертолета ан-64, eta также Самолета с-130. Использование керамической керамической брони для сидений экипажа стало почты 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 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 было общим положением со времен Второй Мировой войны, Например, на танках, Таких как т-34. Gehiago irakurri, которое может быть обеспечено металлической плите, размещенной под углом к ​​подлетающему снаряду, Не используется таким же обрамикой. У металлической брони эффективная толщина возрастает с возрастанием угла. Следовательно, Снаряд должен пробивать больше материала и одновременно подвергается изгибающей нагрузке благодаря геометрии брони. Керамический материал под острым углом увеличивает толщину материала по линии прицеливания снаряда. Однако когда снаряд входит в соприкосновение с броней, полусферическая волна исходит из точи удара, но отражается в Границу разделения между керамикой и опорным слоем в направлении, перправлении, перправлении, перпендикулярном границе разделения. Следовательно, Разрушающая волна при растяжении не имеет отношения преимуществу наклона. Следует подчеркнуть, Керамические материалы дейсе плохо действуют под острыми углами, но верно то, что они не Gehiago, 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 улучшенна способность спогобность многочисленные попадания мопадания может уже в настоящее время достигаться путем заключения керамических материалов в подходящ 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 упругих карбидных материалов с прочной связью. Следовательно, любое поступательное изменение варактеристиках материала приводит к упругому и все же твердому Материалу, Который способен выдерживать следующие один за другим удары снарядов. Hori dela eta, В отношении керамических материалов материалов имеется общее правил, чем тверже вы делаете материал, тем более хрупким он становится.

Другие успехи могут быть сделаны в обработке сырья и, снижения стоимости керамичести материалов более Высокого уровня, Таких Как диборид диборид титана, карбид кремние материалы материалы, рассмотренные выше. Альтернативно, успехи могут стать заметными, когда исследователи начнут лучше понимать роль задержки как Gehiago irakurri. Или Могут фактичеся методы лучшего соединечит соединечит созможность соединять керамику 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.