Вопехи в обасти керамической брони пол дж. Хейелл

В Настоящее время времяствует непрерывно потрересть потребность в более легких в Более легих по богабаритам боевых боевых боевых Ожидается, что боевые broveя бредженни машины Этому спостствует современная броневая броневая кераника, Которая являтся кочень яв материалом, фактилом, фактически рана обладает значительно более высокими характеристиками по сравнению с имеющимися самыми прочными сталями. Это полезное свойство может быть использовано для брони, в которой снаряд (пуля)

Западные вооруженние предтствие за грановная уграновнавлена ​​застставлена ​​знозительным распронением тяжелением тяжелением тяжелением тяжелением тяжелением тяжелением тяжелением тяжелением тяжелением тяжелением тяжелением тяжелением тяжелением тяжелением тяжелых Пулеметов (НMG) Или Выстреливаемых С упором в противотанковых типа рпг. ЭАу ПРОБЛеМу часто усугубляют Политические и (или) Оперативные требования, Выполнение которых требует главным кразом использовани Использовани использовани кегных боевых бронированных машин, в основном колесных, которые по своей конструкции и ограничениям по массе отличаются довольно низким уровнем броневой защиты от огнестрельного оружия (обычно от 7,62-мм оружия). В связи с таким положением возникает требование к производству брони, обеспечивающей лучшую защиту личного состава при одновременном сведении до минимума ее полной массы.

Хорошая защита в сочетании с малой массой играет важную роль в собственной защите личного состава, об этом знает любой солдат, ведущий боевые действия в Ираке или Афганистане. Взять, например, личный бронежилет (IBA) сухопутных войск США. Первоначальная его концепция состояла из верхнего тактического жилета (OTV) и двух носимых керамических вставок, спереди и сзади защищающих Солдата от поражения Стрелковым Оружием (Sapi). Однако из-за серии смертельных случаев в Ираке и Афганистане в IBA был внесен ряд дополнений. Самым значительным из них была боковая защита от огнестрельного оружия (ESBI), осуществленная улучшенными боковыми вставками, а также расширенная Спозијаareserkirina Сополольными приспособлеmen, закрывающими плечи. Для этой цели 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.

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, и керамикой, которую мы находим дома, является прочность. Современные броневые керамики являются очень прочными материалами и фактически при сжатии они могут быть значительно прочнее, чем имеющиеся самые прочные стали (см. Табл. 1). Это полезное свойство используется для брони, в которой снаряд или кумулятивная струя прилагают сжимающую нагрузку на материал. Керамики, конечно, имеют «ахиллесову пяту». Они слабы на растяжение и, следовательно, они способны выдерживать только очень 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 Иточником Катастрофического разрушения. Это тип разрушения, Соторым мы знакомы зенришо при падении обарелки на пол пол пол пол пол на Следовательно, их использование в синтенонони

Большинство систем брони оптимизировано для «разрыва» и «поглощения» кинетической энергии подлетающего средства угрозы. Так, возьмем 7,62-мм / 39 Пулю ALK-47. Примерно 6 мм подходящей керамики, Керамикидной тыловой сторовой стороной, Такой как Kevlar, зтобы достаточно, зтобы вызвать значительно разрушение сердечника пули. Разбивание сердечника связано также с радиальной дисперсией. То есть, осколки сердечника приводятся в движение перпендикулярно, когда снаряд пытается пробить систему. Это уменьшает плотность кинетической энергии снаряда (кинетическая энергия, деленная на площадь поперечного сечения снаряда) и, следовательно, уменьшает пробивную способность.

Начало первого исследования в области типов брони, облицованной керамикой, может быть отнесено к периоду как раз после первой мировой войны, когда в 1918 году майор Невилл Монроу Хопкинз экспериментально 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, в 1965 году вертолет UH-1 HUEY был оснащен комплектом композитной брони с твердым покрытием (HFC), используемым в бронированных сиденьях пилота и Ворого Пилота. Сиденья обеспечивали 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 то же время величину твердости, которая обычно в шесть раз больше твердости катаной гомогенной Броневой стали (см. табл. 1).

Прежде чем углубиться в изучение современных успехов в технологии керамической брони, полезно рассмотреть механизмы, за счет которых система на базе керамики способна разрушать снаряды. Ранняя работа М. Л. Уилкинза и его коллег из лабораторий США создала основу для понимания того, что фактически происходит, когда пуля стрелкового оружия наносит удар По цели с к ккрамическим покрытием.

В момент удара ультразвуковые волны нагрузки распространяются в керамику и вдоль сердечника пули. Волны в обоих этих материалах разрушаются, для керамики это становится проблемой, когда волна сталкивается с периферийной поверхностью раздела или на Сомом деле со связующим слоем между керамикой и защитным Слоем. Большинство типов керамической брони в настоящее 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 ее опоры. Отоко в это Время Материал Под средством пробивания Сжимается; Конические трещины истаят от места удара и более широкой площади поверхности (см. рис. 6).

Керамические материалы обладают также хорошим механизмом упрочнения при нанесении удара при более высоких скоростях поражающих элементов. Это особенно полезное свойство при воздействии кумулятивной струи, так как прочность керамики, в этом случае, значительно увеличивается при этих очень высоких темпах нагрузки. Это хорошее свойство для разработчика брони. По мере увеличения прочности возрастает сопротивление пробиванию и, следовательно, струе или снаряду все труднее пробивать такую преграду. Именно этот механизм 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 использованию их повстанцами в Ираке, имеющими значительные запасы Противотанковых мин советской впохи, впохи, которых используются элементы Efp. Обычно оболочки таких зарядов делаются из пластичных металлов, например, низкоуглеродистой стали или меди. Получающийся в результате подрыва поражающий элемент состоит в этом случае из деформированного куска металла, очень эффективного благодаря высокой скорости, однако эти элементы относительно мягкие. В более усовершенствованных элементах EFP используется тантал (очень дорогой 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 брони для защиты от EFP является плита, устанавливаемая на некоторых машинах под днищем для защиты от мин.

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 недорогой в производстве и даже довольно тонкие элементы защиты на его базе могли остановить пули стрелкового Оружия, выстреливаемые с высокой скоростью. Каile отметил в 1995 году С. Дж. Роберсон из фирмы Advanced DefenceMaterials Ltd, имеются значительные улучшения характеристик систем защиты при использовании оксида алюминия по сравнению с Другими керамическими / композициными материалами. А при использовании систем с карбидом кремния и карбидом бора дополнительная баллистическая характеристика мала при значительных дополнительных zivistan Хотя кривая несколько изменилась С 1995 года, Соотношение остается прежним. Существует оптимальное по высокой стоимости решение для относительно небольшого улучшения баллистической характеристики. Огоко преимущество добавленноство огнеты от огнетрельного оружия (хотя и небольшой) может быть заманчи заманчи ы минимальная масса, например, в самолетных или личных (индивидуальных) системах защиты.

Оксид алюминия широко используется в системах индивидуальной защиты личного состава, а также в системах 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 составной и состоит из основного элемента из найлонового и Полоамидного волокна, К Которому Могут Добавляться 1-кг плиты из композиционного материамидным Волиамидным Воликном, Облицованные керамикой керамикой для обеспечения защиты сердца и основных органов от высокоскоростных винтовочных пуль (см. рис. 10). Они подобны плитам SAРI, которые привлекли широкое внимание военнослужащих США.

Несмотря на экономическую эффективность и способность оксида алюминия остановить большинство пуль стрелкового оружия при относительно хорошей эффективности по массе, свой путь на рынок керамической брони нашли другие керамические материалы. Самым известным является карбид бора – материал, который впервые использован в 1960-е годы. Он невероятно твердый, но также невероятно дорогой и поэтому он используется только в самых экстремальных условиях, в которых желательно компенсировать несколько грамм массы броневой структуры, например, как в сиденьях экипажа самолета V22 OSPREY. Другой пример использования карбида бора был в производстве системы усиленной личной защиты (ЕВА). Опять была Необходима Миледальная 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 ». Травала происходит, Когда ушибам, серьезным травмам основных органов и даже смерти.

Карбид бора производился фирмой BAE Systems Advanced Ceramics Inc. (официально Cercom) и интегрировался в виде вставок, защищающих от стрелкового оружия (SAPI), в систему Личной защной защиты-бронежилет (iba). 2002 К 2002 году было поставлено на вооружение 12000 Таких плит С карбидом Бора.

Карбид кремния

В последние годы другие керамические материалы также показали значительную перспективу в обеспечении защиты от огнестрельного оружия, но ни один из них не оказался более эффективным, чем подверженные горячему прессованию образцы карбида кремния, которые производятся фирмами США, такими как BAE Systems и CeradyneInc. Фирма Ceradyne, в частности, имеет длинную родословную в производстве керамических плиток для применения с целью защиты, будучи вовлеченной в этот процесс с 1960-х годов. Этот материал производится под объединенными нагревом и давлением, чтобы изготовить невероятно прочное изделие, которое, как доказано, обеспечивает высокое сопротивление пробиванию боеприпасами стрелкового оружия, а также снарядами APFSDS. Во время изготовления обычно достигаются примпературы примерно 2000 ° с.

Карбид кремния, в частности, 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 высокоскоростной фотографии и вспышке рентгеновского луча, вызывается главным образом тем, что керамика представляется более прочной, чем снаряд, и, следовательно, снаряд начинает течь радиально по поверхности керамики. Хотя это явление наблюдалось в начале 1990-х лабораториями сухопутных войск США, ученые все еще пытаются разъяснить механизм, которым оно Подерживаается к ккрамике. Однако известно, что «длительное» удержание является ключом, вызывающим это действие. Одним способом, которым этого достичь, являтся Использование типа горячего прессования для капсулирования керамики с помощью металлических накладок. Следствием этого процеся вызывание вызывание высоких вызываних вапряжений В Керамаческом 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 карерид Кремния Может Производиться также посяса, Этот процесс обеспесс обеспечиж разменерми измического изделия, тогда как другионные метуды работки из-за высоких температур и давления. В этом случае химическая Реакция явовой для производства керамического изделия. Реакция исходинят исходные материалы материалы материалы материалы материали, Используемые для определенных видов Однако часто в структуре керамики откладываются побочные продукты в форме «пудлинговых криц», которые могут образовать слабые места в керамике. Для карбида кремния, полученного соединительной реакцией они принимают вид кремния - относительно мягкого материала.

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 пули напряжений большой Амплитуды, что в конечном к егор приодит к егорзрушению. Полагают, что только объектам с относительно тонкой броневой защитой, требующим обеспечения стойкости от обстрела бронебойными (АР) боеприпасами, такой материал может обеспечить потенциальные возможности экономии заброневого пространства, когда масса не является определяющей.

²

Шпинель может быть поучена путем уплотнения коммерчески доступного порошка либо путем горячего прессования, либо путем спекания без давления. Кроме того, для улучшения механических свойств и прозрачности требуется горячее изостатическое прессование образца. Этот процесс включает одновременное применение к образцу равномерного давления газа и нагрева. Основным преимуществом по сравнению с одноосевым горячим прессованием является то, что давление применяется одинаково во всех направлениях, а не Просто в одном направлении. Результотом эво являются большая однородность материала и микроструктуры без преимуктуры без прочности и прозрачности.

Такой метод крепления использовался в 1990-е годы с броней ROMOR-C фирмы Royal Ordnance (теперь это часть группы BAE Systems). Эта броня состояла из слоев керамики из оксида алюминия, приклеенных к GFRP(стеклопластиковой)/алюминиевой конструкции. Обнаружено, что этот тип соединения, который используется в производстве брони такой конструкции, является вполне решающим, и замечено значительное снижение характеристик, если производитель не использует правильный клей. Обычно желательна хорошая прочная связь, которая не допускает никакого скольжения между задней поверхностью керамики и конструктивным элементом, с Которым Она соединана. 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 Недаво научно-техническая лаборатория Министвалистени запатении запатении компоновке. Этот особый элемент имеет выступы, которые отделяют его от соседних, предотвращая, таким образом распространение «повреждения» (ударной волны) по броне.

Предотвращение распространения ударной волны от плитки к плитке не является новой идеей и фактически некоторые будут утверждать, что она уступает разумному решению Советского Союза вставлять керамические сферы в башни его танков. Одной из более успешных систем брони, в которых используется этот метод, является легкая усовершенствованная броня, защищающая от поражения огнестрельным оружием (LIBA), разработанная фирмой Mofet Etzion Ltd (Израиль). Та броня состоит из многочисленных керамических элементов, Которые Вставляются в резиновую матрицу. Та броня может производиться так, что <br> обеспечи защиту от 14,5-мм бронебойно-зажигательных (API) боеприпасов, и имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что отдельные элементы могут быть заменены после их повреждения. Панели сохраняют также определенную степень гибкости и для более низких уровней защиты могут составляться почти в любой форме. Следовательно, она может использоваться для защиты личного состава (в 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.

²

В эти дни существует много вариантов керамических плиток для приобретения систем личной защиты и полных комплектов защитной брони для легких боевых бронированных машин. Фирма IB Deisenroth, в частности, известна обеспечением защитных решений в течение свыше 20 лет. Ранним примером применения ее брони является система MEXAS (модульная, поддающаяся изменению система брони), устанавливаемая на канадские БТР М113 для Действий вей боснии. Придставители felsefe войск. Обоих этх Примерах Примерах 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 имеет тенденцию быть прочнее и обеспечивать лучшую защиту от огнестрельного оружия и, следовательно, эти типы керамики заманчивы для создания брони. Однако спеконые керамические материалы, Такие как Sintox Fa фирмы Morgan Martoc Момеют длинную Родословную в создовнуи бро бро. Ирмы мон-9, етес, Вае System, Ceradyne и Coorstek, Большой Ряд Видов самолетов. Однако ключевым моментом Разработктив комплектов керамический успешная их в систеграция их в систему, которая защищается, гарантия, что они надежны в боевых условиях.

Несмотря на высокие характеристики керамических материалов они не должны рассматриваться как единственный магазин магазинов по обслуживанию систем защиты. Они являются все же паразитическими по природе и, следовательно, не могут сделать существенный вклад в конструкцию машины. Причиной этого являются их неспособность выдерживать усталостную нагрузку на конструкцию и, не в меньшей степени, трудность производства керамических деталей сложной формы. Кроме того, они обладают пониженной способностью выдерживать многие попадания по сравнению с другими материалами, такими как сталь, титан и алюминий. При использовании металлов действие пробивания ограничено областью до одного-двух калибров от точки удара, а при использовании керамических материалов это действие распространяется на всю геометрию пластины, какой бы большой она ни была. Все это еще более важно, когда одна из самых многочисленных современных угроз исходит от огня тяжелых пулеметов, таких как российский 14,5-мм KПв. Из этого оружия многие сотни пуль могут быть выпущены по выбранному месту за минуты и, следовательно, в этих случаях требуется хорошая способность выдерживать многочисленные попадания. Однако керамические материалы обеспечивают преимущества там, где вероятны лишь одиночные попадания, например, в самолетах и в применениях тяжелой брони. В результате керамические материалы широко использовались в сиденьях экипажей и полах бронированных вертолетов и транспортных самолетов. Navbera pergalên Проример, ирма Вае Разрабобразно конье ле для летчика вертолета uh-60m, изготовзовное сиспользованих керамических материалов. Подобные поденья были были изготовы с испидазованием карбида Бора & Материала Kevlar для Вериалалалета Ан-64 Использование керамической брони для сидений экипажа стало почти принятым методом защиты экипажа и обеспечило керамике одно из первых направлений в военном использовании – вылеты вертолетов во Вьетнаме.

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. Пренмущество же образом керамикой. 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 также 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, перпендикулярном границе разделения. Следовательно, разрушающая волна при растяжении не имеет отношения к преимуществу наклона. Следует подчеркнуть, керамические материалы не все плохо действуют под острыми углами, но верно то, что они не действуют так хорошо, как думали или надеялись. Кроме того, они усиливают рикошетирование при больших углах наклона.