УСПЕХИ В ОБЛАСТИ КЕРАМИЧЕСКОЙ БРОНИ Пол Дж. Хэйзелл

В настоящее время существует непрерывно возрастающая потребность в более легких и меньших по габаритам боевых бронированных систем. Ожидается, что боевые бронированные машины легче и меньше по габаритам благодаря повышенным требованиям к лучшей стратегической мобильности. Этому способствует современная броневая керамика, которая является очень прочным материалом, фактически она обладает значительно более высокими характеристиками нь сравнению нь имеющимися самыми прочными сталями. Это полезное свойство нь брони, в которой снаряд (пуля) эсвэл кумулятивная струя прилагают сжимающюю нагрузку на материал.

Западные вооруженные силы увеличивают свое присутствие за границей, где основная угроза представлена ​​значительным распространением тяжелых пулеметов (НMG) эсвэл выстреливаемых с упором в плечо средивотанковых. Эту асуудал нь улс төрийн болон (эсвэл) оперативийн требования, выполнение которых требует главным образом ашиглах хууль эрх зүйн машин, в основном колесных, которые по своей своей конструкции и массовых структурые 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 бүрэн массы.

Хорошая защита в сочетании с малой массой играет важную роль в собственной защите личного состава, об этом знает любой солдат, ведущий боевые действия Ираке эсвэл Афганистаны. Взять, жишээ нь, личный бронежилет (IBA) сухопутных войск США. Первоначальная его концепция нь верхнего тактического жилета (OTV) болон хоёр талын керамических вставок, спереди болон сзади защищающих солдата нь поражения стрелковым оружием (SAPI) юм. 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, мөн түүнчлэн расширенная защита с дополнительными приспособлениями, закрывающимичи. Энэ нь SAPI болон ESBI-ийн пластины ашиглалтын үед винтовочных пульсоос винтовочных пульсыг ашиглах боломжтой. Этот уровень улучшенной, гэхдээ легкой защиты был достигнуть за запасных керамических материалов.

Рисунок 1 – Эта керамическая пластина SAPI, часть

бронежилета, спасла жизнь своему владелцу в Ираке.

Рисунок 2 – Новый бронежилет, обеспечивающий защиту уровня 4,

испытывается представителями научно-исследовательской лаборатори ВВС

на авиационной базе Wright-Patterson, шт. Огаё. 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 сображения по керамической броне

Большинство людей ассоциируют слово «керамика» с глиняной эсвэл фаянсовой посудой, которую они используют дома, эсвэл кафелем, используемым на стенах ванной комнаты. Керамические материалы в домашних условиях тысячелетиями, однако эти материалы стали началом керамических материалов, которые применяются в настоящее время в боевых бронированных машин.

Слово «керамика» обозначает «обожженные вещи» болон фактически современная машиностроительная керамика, подобно своим двойникам на базе глины, шаардлагатай бол 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 онь могут начительно прочнее, чем имеющиеся самые прочные стали (см. Табл. 1). Это полезное свойство используется для брони, в которой снаряд эсвэл 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), ямар нэг зүйл хийх Таблица 1 м силам растяжения, являются источником катастрофического разрушения. Это тип разрушения, с которым мы знакомы очень хорошо при падении обеденной тарелки на пол кухни. Следовательно, их ашиглалтын системүүд брони зайлшгүй шаардлагатай болно.

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

Керамики в броневом применений работе в значительной степени зэрэг элементүүдийн зохион байгуулалтыг разрыва в конструкции многослойной брони. Целью этих материалов в конструкции многослойной брони является разрыв на осколки подлетающего снаряда эсвэл хурдан ослабление его. Другими словами, кинетическая энерги снаряда рассеивается броневым материалом разбивая снаряд на осколки болон перенацеливая энергию получающихся в результате осколков в сторону от защищаемой конструкции. Другие элементи в многослойной конструкции "поглотители" гэж ажиллах болно.

Рисунок 4 – Механизм поражения пробиванием плиты

композитной/гибридной брони.

"Разрыва" болон "поглощения"-д зориулсан Большинство систем брони оптимизировано кинетической энергии подлетающего средства угрозы. Так, возьмем 7,62-мм/39 пулю АК-47. Примерно 6 мм подходящей керамики, связанной с полиамидной тыловой стороной, такой как Кевлар, энэ нь хангалттай, чтобы вызвать значительное разрушение сердечника мөнгө. Разбивание сердечника связано мөн радиальной дисперсией. То есть, осколки сердечника приводятся в движение перпендикулярно, когда снаряд пытается пробить систему. Это уменьшает плотность кинетической энергии снаряда (кинетическая энерги, 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 оны майор Невилл Монроу Хопкинз туршилтын үр дүнд 0,0625 хүнтэй тэнцэнэ торону стальной цели, увеличивало ее защитные возможности. Несмотря на это раннее открытие, применение керамических материалов является относительно недавним способом повышения защитных свойств в бусад страна, 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. Жишээ нь, 1965 онд UH-1 HUEY вертолет нь бүрэн бүтэн композиттой брони (HFC) нь твердым покрытием (HFC), нисэх онгоцны хажуугийн нисдэг тэрэг болон нисэх онгоцны нисэгчдийг ашигласан. 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 жишээ нь 30% нь массы стали того болон объема и в то же время величину твердости, которая обычно в шесть раз больше твердости катаной гомогенной броневой стали (см. 1-р табл).

Рисунок 5 – Сиденья вертолетовыг өөрчилдөг нэг төрлийн жишээ

керамической брони. Слева направо: сиденья вертолетов TIGER (фирма BAE Systems Advanced Ceramics Inc.), AH-64 APACHE, в котором используется

карбид бора жесткого прессования (фирмийн Simula Inc.)

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

Конфликт, конечно, дал подъем новым идеям, а необходимость защитить вертолетов привела к обширным исследованиям. Именно эта работа, выполненная учеными США-д 1960-аад оны үед, создала базу нь совершенствования нь настоящее время характеристик керамической брони.

Механизм воспрещения пробивания преграды снарядом

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

В момент удара ультразвуковые волны нагрузки распространяются в керамику и вдоль сердечника мөнгө. Волны в обоих этих материалах разрушаются, для керамики энэ нь становится проблемой, когда волна сталкивается с периферийной поверхностью раздела эсвэл на самом деле со связующим слоем между керамикой и ее защитным слоем. Большинство типов керамической брони в настоящее время бүтээгдсэн полимерного связующего материала, который по своей природе имеет зохицуулалттай жесткость болон плотность. На поверхности раздела керамики/связюющего материала происходит сильное эластичное отражение, которое разбивает керамический материал. Кроме этого, происходит сильная сдвиговая волна, которая буквально «расстегивает как молнию» полимер связующий материал болон, следовательно, отсоединает керамическую плитку нь 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 материале, что в большинстве случаев, распространяет нагрузку от пул по более широкой площади поверхности (см. рис. 6).

Рисунок 6 – ANSYS AUTODYN-2D загвар, хувцас солих

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

Голубые области показывают неупругюю деформацию; боломжтой 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 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 өөрийн эрх мэдэл, называемое акустическим сопротивлением, которое воздействует на эрчимжүүлсэн сверхзвуковой волны, воздействие которой направлено назад по стержню снаряда. Это очень важно, так как керамика с высоким акустическим сопротивлением приводит к высокой интенсивности воздействия ультразвуковой волны на снаряд, вызывая эго повреждение при растяжении.

Против кумулятивных струй, таких как образуемые гранатами РПГ-7, керамические материал, шаардлагатай, обладают магической способность противостоять пробиванию. Разгадкой здесь является охрупчивание (хрупкое противодействие) материал. Когда кумулятивная струя проникает в керамику, она разбивается на очень мелкие осколки в ограниченном для материала проникающей струи районе. Следовательно, каверна, которая образуется под воздействием кумулятивной струи, является относительно бесформменной болон струя теряет свою форму, когда она стремится пройти через этот материал. Интересно, обнаружено, что обычное флоат-стекло (то есть стекло, которое находится в окнах жилых домов) мөн адил үр дүнтэй арга хэмжээ авахаас хамгаалах материалыг эсэргүүцэж байна. Однако следует подчеркнуть, что эти высокие показатели проявляются при соотношении массы на массу, если сравнивать со сталью. Следовательно, потребуется довольно большая тольщина стекла нь обеспечения достаточной защиты. Оконное стекло толщиной 3 мм не устоит против струи гранаты РПГ-7!!

Однако интересная концепция была предложена на 13-ом европейском симпозиуме по боевым бронированным машин (AFV), проводимом университет Крэнфилд их сургуулийн военной академии Великобритании (2008 оны 4-р сарын 2-ны 30). Өнгөрсөн хугацаанд энэ симпозиум профессор Манфред Хэлд (IZobretatel взрывной реактивной брони) бүрэн возможность прозрачной взрывной реактивной брони (ERA), то есть, брони ERA, в которой в качестве материала противодействующий ажил хийж байна. Хэрэв РВХ-ийг бүрэн ашиглах боломжтой бол ERA-г бүрэн ашиглах боломжтой. Однако, как подчеркнул профессор Хэлд, эта систем будет очень тяжелой, как как задняя плита (основной броневой защиты) заавал байх ёстой, тэр ч байтугай ямар ч хүчин чадалтай байх ёстой. Толщина неподвижной задней плиты нь 150- 200 мм-ийн сравнению с 10- 20 мм-ийн передней противодействующей плиты байх ёстой.

Керамические материалы обладают мөн адил хорошим механизмом упрочнения при нанесении удара при более высоких скоростях поражающих элементов. Это особенно полезное свойство при воздействии кумулятивной струи, как как прочность керамики, в этом случае, значительно увеличивается при этих очень высоких темпах нагрузки. Энэ нь разработчика бронид зориулагдсан юм. 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 внимание в Ираке, имеющими значительные запасы противотанковых мин советской эпохи, в которых хэрэглээ EFP. Обычно оболочки таких зарядов делаются из пластичных металлов, жишээлбэл, низкоуглеродистой стали эсвэл меди. Получающийся в результате подрыва поражающий элемент состоит в этом случае из деформированной куска металл, очень эффективных высокой скорости, однако эти элементы относительно мягкие. В более усвершенствованных элементах EFP ашиглах тантал (очень доргой 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 машин под днищем для защиты от мин.

Рисунок 7 – Компоненты керамической брони фирмийн Coors-Tek

для применения в броне машин.

Рисунок 8 – Машина BULL класса MRAP II, разработанная фирмами Oshkosh

и Ceradyne, илүү ашиглах боломжтой керамической брони

обеспечения защиты от зарядов типа «ударное ядро».

Керамические материалы для применений на поле боя

Оксид алюминия

1980-аад оны үед керамикийн үндсэн системд защитын үйл ажиллагаа явуулж, оксид хөнгөн цагааны исэлдүүлж, глиноземийг (хөнгөн цагааны исэл) ялгаж авдаг. Оксид алюминия относительно недорогой в производстве и даже довольно тонкие элементы защиты на его базе могли остановить мөнгөний стрелкового оружия, выстреливаемые с высокой скоростью. Как отметил 1995 онд С. Дж. Роберсон Advanced DefenceMaterials Ltd компаниас бусад керамическими/композиционны материалуудын сравнениюг ашиглан исэлдүүлэгч оксидын характеристик системийг ашигладаг. А при использовании систем с карбидом кремния и карбидом бора дополнительная баллистическая характеристика мала при значительных дополнительных затратах. Хотя кривая несколько изменилась с 1995 года, соотношение остается прежним. Существует оптимальное по высокой стоимости решение для относительно небольшого улучшения баллистической характеристик. Однако преимущество добавленной защиты от огнестрельного оружия (хотя и небольшой) нь орчин үеийн, өөрөөр хэлбэл хамгийн бага масса, жишээ нь, в самолетных эсвэл личных (бие даасан) системүүдийн защиты байж болно.

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 системч индивидуальной защиты личного состава, а также в системах защиты машин. Великобританийн первая систем защиты для личного состава массового производства, в которой пользовались керамические плиты, была введена Северной Ирландии. Базовая мягкая систем защиты, известная как боевая личная броня (СВА), является составной и состоит из основного элемента из найлонового и полиамидного волокна, к которому боломжтой добавляться 1-кг политический общителями общителями обществом иты сердца и основных органов от высокоскоростных винтовочных пуль (см. рис. 10). Они подобны плитам SARI, которые привлекли широкое внимание военнослужащих США.

Рисунок 10 – Боевая личная систем защиты (СВА),

показан карман для вставки керамической плиты.

Рисунок 11 – Процесс задержки сердечника мөнгө АРМ2 из

закаленной стали плиткой оксида алюминия на стальном основании.

Карбид бора

Несмотря на экономическую эффективность ба способность оксида алюминия остановить большинство пуль стрелкового оружия при относительно хорошей эффективности по массе, өөрийн путь на рынок керамической брони нашли бусад керамические материал. Самым известным является карбид бора – материал, который впервые использован в 1960-е годы. Энэ нь юу ч биш, харин ч мөн адил биш юм дорогой и поэтому он ашиглаж болно бүхэл бүтэн экстремальных үйлчилгээний, ямар нэг грамм массы броневой бүтэц, жишээ нь, как в сиденьях V22 онгоцны самолета. Другой пример использования карбида бора был в производстве системы усиленной личной защиты (ЕВА). Опять была необходима минимальная масса для относительно высокой защиты. Она была введена британскими сухопутными войсками для обеспечения защиты от 12,7-мм пульь со стальным сердечником и содержала в себе комплект «тупой травмы». Тупая травма происходит, когда защита не пробивается, гэхдээ передача импульса удара вызывает большюю деформацию в слое опоры, ведущюю к ушибам, серьезным травмам үндсэн байгууллагуудын болон даже смерти.

BAE Systems Advanced Ceramics Inc. (официально Cercom) болон стрелкового оружия (SAPI), системийн личной защиты-бронежилет (IBA) дээр нэгдмэл байна. К 2002 он гэхэд 12000 таких плит с карбидом бора на вооружение.

Рисунок 12 – Новый процесс формирования карбида бора, разработанный

институт технологии штата Джоржия, позволяет создавать сложные

изогнутые формы для ашиглах нь касках болон бусад элементүүд

личной защиты. На снимке показана опытная каска малого масштаба.

Карбид бора является материалом в высокими характеристиками. Однако кроме невероятной твердости, которой obladaet etot material, and ego neveroyatno niskoy plotnosti, энэ нь ямар ч боломжит ямар ч боломжгүй юм. В последние годы есть некоторые основания предполагать, что он не будет действовать так хорошо, как ожидают, при пробивании высокоскоростными пулями с плотным сердечником. Это, как полагают, обусловлено физическими изменениями, которые происходят с материалом, когда он подвергается сильному удару, вызываемому этими боеприпасами. Фактически при испытании с неопределенным алюминиевым материалом в качестве опоры есть основание предполагать, что против особых снарядов на базе карбида вольфрама определенные марки карбида бара гэж үздэг, мөн адил сайн, ямар ч байсан алграды. Это несмотря на большую твердость карбида бора. Обнаружено также, что когда карбид бора связан с слоистым пластиком, армированным волокном, происходит явление «разрушения промежутков». Это происходит там, где обнаруживается двойная скорость V50 (скорость, при которой ожидается, что 50% снарядов бүрэн пробьют цель). Раскрытия (действия) двойной скорости V50 ямар нэгэн байдлаар танилцуулж байна. Однако работа научно-исследовательской лаборатори сухопутных войск США показала, что воздействие при большей скорости V50 на композиционный материал, облицованный карбидом бора, происходит в связи с изменением в процессе образования осколков керамики. Тем не менее, вывод из этих результатов означает, что толщина плиты из карбида боржна бить больше, чем первоначально ожидали, чтобы защищать от этих плотных 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 сердечника мөнгө АРМ2 на карбид бора. Показаны:

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

Карбид кремния

В последние годы другие керамические материалы также показали значительную перспективу в обеспечении защиты от огнестрельного оружия, гэхдээ ни один из них не оказался более эффективным, чем подверженные горячему прессованию перспективая системы, прессованию производителя крема. болон CeradyneInc. Фирма Ceradyne, в частности, имеет длинную родословную в производстве керамических плиток нь применения с целью защиты, будучи вовлеченной в этот процесс с 1960-х оны. Этот материал производится под объединенными нагревом и давлением, чтобы изготовить невероятно прочное изделие, которое, как доказано, обеспечивает высокое сопротивление пробиванию боеприпасами стрелкового оружия, aAPFSDSS. Во время изготовления обычно достигаются температуры жишээ нь 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, шаардлагатай, буквально сидит (отсюда «задержка») на поверхности керамики некоторое время дараа удара. Это явление, которое можно видеть при использовании технологии высокоскоростной фотографии и вспышке репродукторского луча, вызовется главным образом тем, что керамика урьдчилж более прочной, чем снаряд, и, следовательное, порядок. Хотя это явление наблюдалось в начале 1990-х лаборатори сухопутных войск США, ученые бүх л өөр пытаются разъяснить механизм, kotorыm оно поддерживаться в керамике. Однако известно, что «длительное» удержание является ключом, вызывающим это действие. Одним способом, которым энэ нь боломжтой, боломжтой, ашиглаж байгаа төрлийн дээд даралт нь капсулирования керамики нь помощью металлических тээврийн хэрэгсэл. Следствием этого процесса является вызование высоких сжимающих напряжений 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 бүх осколков нь едином объеме болон, увеличивает эрозийнуу способность брони при дополнительных выстрелах.

Относительно недорогой карбид кремния может производиться также посредством 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 производства керамического изделия. Реакция соединяет исходные материалы керамики, ашиглахын тулд определенных видов брони нь харьцангуй угрозе. Однако часто в структуре керамики нь "пудлинговых криц" хэлбэрээр ашиглагдаж буй бүтээгдэхүүнүүд бөгөөд керамикийн бүтцийг өөрчлөх боломжтой. Для карбида кремни, полученного 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 машин PUMA является одной из

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

находится на вооружений германских сухопутных войск.

Другие композиционны материалы

Другие керамические материалы, жишээлбэл, нитрид кремния ба нитрид алюминия показали относительно муу перспектив в деле производства керамической брони.

Имеются сообщения, что нитрид алюминия нь принят на некоторых бронированных машинууд, однако их немного. Нитрид алюминия является странным материалом, эта странность заключается в том, что он работает лучше при увеличенных скоростях удара (обладает высокой стойкостью), однако при баллистических скоростях, бүх зүйлд маш их анхаарал хандуулж байна ью.

Керамический материал с карбидом вольфрама мөн адил 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 вызыпротив высопротивое. Энэ нь маш их хэмжээний мөнгө авахын тулд маш их хэмжээний зардал гаргахад зориулагдсан бөгөөд энэ нь конечном счете приводит к эго разрушению. Полагают, что только объектами с относительно тонкой броневой защитой, требующим обеспечения стойкости от обстрела бронебойными (АР) боеприпасами, бусад материал нь боломжийн нөөцийг нэмэгдүүлэх, эдийн засгийн нөөцийг нэмэгдүүлэх, ашиглах боломжийг олгодог.

Прозрачные керамические материалы

Энэ нь Humvee гэх мэт машинуудад зориулагдсан (в качестве ветрового стекла) дээр ажиллаж байна. Современные традиционные прозрачные системы являются относительно тяжелими, особэнно, когда они требуются для защиты больших секций (окон). Это вызывает проблемы при разработке защиты легких машин. Традиционно системы остекления таких машин состоять из нескольких слоев стекла, каждый из которых отделен полимерным слоем и удерживается поликарбонатным слоем. Эти төрлийн систем нь 230 кг/м хүртэл жинтэй байж болно²при толщине 100 мм для обеспечения защиты уровня 3 по стандартын STANAG Level 3 (от 7,62-мм пуль). Стекло для окна размера машины Toyota LandCruiser болон толщиной 100 мм-ийн жингээсээ илүү 250 кг жинтэй байдаг. Общая масса бүрэн систем нь зайлшгүй шаардлагатай, вероятно, значительной.

Прозрачные керамические материалы обеспечивают заманчивую альтернативу пулестойким систем остекления, как как эти материалы имеют присущую им твердость, которая гораздо больше твердости оконного стекла. Энэ нь ее массу болон толщиныг ашиглах боломжийг олгодог. В настоящее время существуют три жизнеспособных варианта материала нь прозрачных элементах защиты, ими являются оксинитрид алюминия эсвэл ALON, алюмомагнезиальная шпинель эсвэл шпинель ба однокристаллический оксид (сап) юм.

Оксинитрид алюминия эсвэл ALON нь поликристаллической керамики машиныг ашиглах боломжтой бөгөөд ашиглах боломжтой. Обычно ALON будет производиться из предварительно синтезированного порошка, которому затем может придаваться форма и который потом может спекаться в азотной атмосфера.

Рисунок 16 – Этот испытательный кусок прозрачной брони,

изготовленный из ALON, выдержал удар 7,62-мм мөнгө.

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. Результатом этого являются большая однородность материала болон микроструктуры без преимущественной ориентации, что приводит к более высоким прочности и прозрачности.

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

в прозрачную керамическую броню АМАР-Т фирмийн IBD.

Рисунок 18 – Сверхлегкая защита AMAP-R ба түүнээс дээш защита

от поражающих элементов типа ударное ядро ​​(EFP).

В настоящее время энэ нь гурван керамик материалын үйлдвэрлэсэн дорогостоящими, мөн энэ нь маш их ашиглах боломжтой бүс нутагт маш их нөөцийг ашиглах боломжтой. Однако германская фирма IBDeisenroth Engineering нь энэ төрлийн технологиудыг разработкой своего ряда изделий АМАР (перспективной модульной броневой защиты) хөгжүүлж байна. В своем изделии АМАР-Т, где Т означает прозрачная, фирма использует прозрачные керамические материалы для повышения защиты до уровня 4 по стандарту STANAG. Эти данные означают, что этот тип защиты сможет успешно остановить многочисленные удары нь близкого расстояния 7,62-мм/54R бронебойными боеприпасами Драгунова нь тогтвортой сердечником. Достижение защиты уровня 4 по стандарту STANAG с помощью прозрачной брони является впечатляющим при наличии угрозы нанесения удара 14,5-мм/114 пулей В32 с расстояния 200 м при скорости 911 м/с.

Новые подходы

В отличие от средств защиты для личного состава (бронежилет) броня машин не ограничивается потребностью в гибкости; скорее обычно желаемыми качествами являются способность выдерживать олончисленные попадания болон обеспечить засвартопригодность. Ранние способы использования керамических материалов включали заделку керамических сфер в переднюю часть отливок башен советских основных боевых танков для обеспечения отклонения и эрозии бронебойного снаряда. Энэ нь Т-72 ба Т-80-ийн некоторими танками бүхий интеграци юм. Однако большинство керамических систем изготавливалось как дополнительный комплект, то есть, систем элементов брони, которые могли крепиться к корпусу машины. Керамических материалаас эty dopolnitelnыe komplekty ispatyat, ispolzuemыh in sochetania болон слоями бусад материалууд, ямар ч видны ашиглагдахгүй.

Одним таким примером является систем LAST (техникийн легкой дополнительной системы), АНУ-ын морской пехотой машинаа LAV (8х8) ашиглаж болно. Система брони LAST состоит из шестигранных модулей керамической брони, которые крепятся к корпусу машины с помощью клея, склеивающего при надавливании. Удирдлагын шинж чанарын хувьд баллистикийн объектыг ашиглаж болно. Были разработаны подобные образцы, в которых крепежные крюки и петли Velcro-ийн суурилуулсан керамических плиток на бортах машин нь целью снижения сложности работ на театре военных действий (вэвой обстановке).

1990-ээд онд Royal Ordnance фирмийн ROMOR-C фирмүүд (BAE Systems группын нэг хэсэг) дээр суурилсан аргуудыг ашигласан. Эта броня состояла из слоев керамики из оксид алюминий, приклеенных к GFRP(стеклопластиковой)/алюминиевой конструкции. Обнаружено, что этот тип соединения, который производстве брони такой конструкции ашиглаж, бүрэн устгах, мөн замечено значительное снижение характеристик, хэрэв производитель нь зөв зүйтэй клей ашиглаж болно. Обычно желательна хорошая прочная связь, которая ямар ч допускает никакого сколжения хоорондын задней поверхностью керамики болон конструктивным элементом, с которым она соединена. Хотя какая-то работа, направленная на совершенствование качеств клея и производилась, она imela otnositelno malyy uspeh. Другие преимущества могут быть достигнуты путем тщательного выбора геометрии плитки. Жишээлбэл, шестиугольные плитки удовлетворяют требованиям (см. систему LAST), так как они сводят до минимума разрушительные действия границ. Недавно научно-техническая лаборатори министерства обороны Великобритании запатентовала шестиугольный элемент для использования в мозаичной компоновке. Этот особый элемент имеет выступы, которые отделяют эго 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 утверждаться, что она уступает разумному решению Советского Союза вставлять керамические сферы в танков. Одной из более успешных систем брони, в которых ашиглах этот метод, является легкая усвершенствованная броня, защищающая от поражения огнестрельным оружием (LIBA), разработанная фирмой Mofet Etzion Ltd (Израиль). Эта броня состоит из многочисленных керамических элемент, которые вставляются в резиновую матрицу. Энэ нь 14,5 мм-ийн бронебойно-зажигательных (API) боеприпасов, мөн имеет дополнительное өмнөх зам, заключающееся в том, энэ нь илүү их зүйлийг арилгах боломжтой юм. Панели сохраняют мөн адил определенную степень гибкости и для более низких уровней защиты боломжтой 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. АНУ-ын Stryker сухопутных войск машиныг ашиглаж, Ирак болон Афганистан дахь вооружени находящихся.

Рисунок 19 – Крупный план модуля брони LIBA (легкой усвершенствованной брони, защищающей от поражения огнестрельным оружием) израильской

фирмүүд Mofet Etzion, показаны открытые шарики керамической брони.

Рисунок 20 – Результаты испытания стрельбой плиты LIBA

убедительно демонстрируют способность материала выдерживать

олончисленные попадания.

Другие новые методы в разработке брони включают ашиглаж болно, ямар материал, сортируемые по функциональным возможностям (FGM). Первоначально они исследовались в конце 1960-х годов и в последние годы опять вызвали интерес. FGM является единой структурой, которая максимизирует преимущества керамики тем, что поверхность удара будет твердой, а задние слои будут металлическими болон, следовательно, обеспечивают хорошую пластичность болон ударную. Энэ аргыг разрушителя/поглотителя, который мы ранее рассматривали. Такие материалы обычно состоят из керамической передней панели, спеченной с последующими сломами с большим содержанием металла. Металлокерамические разрушающие слои могут так же использоваться в качестве наружных (передних). Эти материалууд являются смесью керамики и металла при значительной части керамики. Жишээлбэл, лаборатори сухопутных войск США провели туршилтын моноборидом титан, который уплотнен как металлокерамика и состоит из семи слоев, каждый с более высоким содержанием титана по мере того, как зад образец рассматривается от переднех панели. 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). Потенциальным преимуществом этих материалов является то, что они могут обеспечивать лучшюю защиту от многих попаданий, чем самами керамика, нэгдмэл современные данные ярьж байна, энэ нь маш их характеристикийн бүх зүйл биш юм.

Композиционные материалы с металлические матрицей (ММС) мөн түүнчлэн подали некоторую надежду в обеспечении увеличения возможностей выдерживать многие попадания по сравнению с керамическими материалами. Один такой образец предлагает компани Exote Oy. Она произвела композиционный материал с металлической матрицей на основе карбида титана, который, как заявляют представители фирм, обеспечивает зону повреждения, которая лишь на 20-30% больше площади поперечного сечения. Композиционный материал с металлической матрицей применяется способом, подобным большинству керамических материалов, соединением с опорным материалом, либо со сталью, алюминием, либо с волокнистым композиционным материал. При ударе конус (рассмотренный ранее) распространяет нагрузку снаряда по относительно большой площади поверхности, снижая таким образом плотность кинетической энергии, действующей на опорный материал. Твердые частицы карбида титана (~ 1500 VHN) разрушают снаряд, гэхдээ благодаря относительно жесткой металлический матриц, в которую вставлены частицы, распространение трещин ограничено. Производители утверждают, что 7,62-мм – 51 мм пуля WC-Co боломжтой остановлена ​​броней с конструкционной плотностью изделия 52 кг/м², которая создана композиционным опорным материалом с волокном из ароматического полиамид. Эти композиционные материалы с металлической матрицей производиться при использовании процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (SHS).

Рисунок 21 – Броня Exote фирмүүд Exote Oy разбивает пробивающий

снаряд и исключает поражение. Удар дробится и распределяется

по большей конусообразной поверхности, kotoraya үр дүнтэй

поглощает энергию снаряда.

Коммерческие варианты

В эти дни существует олон янзын керамических плитокыг хүлээн авах системд личной защиты болон легких боевых бронированных машинд зориулсан бүрэн комплектов защитной брони. Фирма IB Deisenroth, в частности, известна обеспечением защитных решений в технический свыше 20 лет. Ранним примером применения ее брони является систем MEXAS (модульная, поддающаяся изменению систем брони), устанавливаемая на канадские БТР М113 для действий в Боснии. Представители фирмүүд нь Mowagmashinu LAV III (8х8), канадских сухопутных войск руу опять эсвэл разработанную фирмой дээр байрладаг. Во обоих этих примерах броня из керамических плиток MEXAS bыla успешно установлена ​​снаружи металлических корпусов машин. Эта броня установлена ​​ийм машин Stryker США-д зориулж 14,5-мм-ийн бронебойных пуль, хотя в сообщениях гэж ярьдаг, машины во время мирной боевой подготовки, машины время мирной боевой подготовки, такетля к масс 3.

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, энэ төрлийн керамики орчинчивы нь бүтээгдсэн брони. Однако спеченные керамические материалы, жишээлбэл, Sintox FA фирмүүдийн Morgan Martoc имеют длинную родословную в создании брони. Фирмы МОН-9, ЕТЕС, ВАЕ Systems, Ceradyne болон CoorsTek зэрэг нь машин болон самолетуудад зориулж плит төрлийн SAPI до плиток брони зэрэг олон төрлийн керамик материалыг үйлдвэрлэдэг. Однако ключевым моментом разработки комплектов керамический брони является успешная интеграция их в систему, которая защищается, и, более того, баталгаа, что они надежны в боевых условиях.

Можно предположить одну проблему, которая беспокоит большинство командиров на поле боя, будет ли эта систем защищать солдата. Большинство может основывать өөрийн опыт в отношении керамических материалов на том, что они видели на кухне при разбивании фаянсовой посуды. Ямар ч сонирхол татахуйц биш, ямар ч хамаагүй, керамической броней с помощью кувалды, большинство систем нь ашигтай байх ёстой.

Оценка

Несмотря на высокие характеристики керамических материалов, ямар ч боломжгүй рассматривации ямар нэгэн шинэ дэлгүүрийн дэлгүүрийн зах зээлийн обслуживанию систем. Они являются все же паразитическими по природе и, следовательно, не могут сделать существенный вклад в конструкциию машины. Причиной этого являются их неспособность выдерживать усталостную нагрузку на конструкциию и, не в меньшей степени, трудность производства керамических деталей сложной формы. Кроме того, они обладают пониженной способностью выдерживать многие попадания по сравнению сравнению справими материалами, такими как сталь, титан болон алюминий. Металлуудыг ашиглахаас татгалзаж, геометрийн пластины хувьд ямар ч хамаагүй болно. Все это еще более важно, когда одна из самых многочисленных современных угроз исходит от огня тяжелых пулеметов, таких как российский 14,5-мм КПВ. 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, жишээ нь, в самолетах и ​​в применениях тяжелой брони. Үүний үр дүнд керамические материалыг широко ашиглан хажуугийн хөлөг онгоцууд болон бронированны вертолетовууд болон тээврийн хэрэгслүүдийг ашиглана. Жишээ нь, VAE Systems компани нь UH-60M вертолета летчикад зориулагдсан монолитное ковшеобразное сиденье, керамик материалыг ашиглахад ашигладаг. Ан-64 вертолета, мөн С-130-д зориулагдсан Kevlar-д зориулагдсан карбида бора болон опоры материалаас ашиглагдаж байсан. Идэвхтэй керамической броныг хажуугийн хөлөг онгоцнуудад зориулсан зэвсгийн техник хэрэгсэл ба тусгай керамикууд нь Вьетнамын хамгийн анхны удирдлагын зохицуулалтаас бүрддэг.

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 машинууд нь нийт боломжтой положением со времен второй мировой войны, жишээ нь, на танк, таких Т-34. Однако преимущество, которое боломжтой байж болно металлической плите, размещенной под углом к ​​подлетающему снаряду, ямар ч дүр төрхийг ашиглах боломжгүй. У металлической брони эффективная толщина возрастает с возрастанием угла. Следовательно, снаряд должен пробивать больше материала болон одновременно подвергается изгибающей нагрузке благодаря геометрии брони. Керамический материал под острым углом мөн увеличивает толщину материала по линии прицеливания снаряда. Однако когда снаряд входит в соприкосновение с броней, полусферическая волна исходит из точи удара, гэхдээ отражается в границу разделения между керамикой болон 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 осстрими углами, гэхдээ верно то, что они не действуют так хорошо, как думали эсвэл надеялись. Кроме того, они усиливают рикошетирование при больших углах наклона.

Будущее

Та куда могут пойти керамические броневые материалы? Для начала улучшенная способность выдерживать многочисленные попадания может уже в настоящее время достигаться путем заключения керамических материалов в подходящую оболочку путем рассредоточения керамики в конструкции управляющихся, ользуется в мозаичных конструкциях брони, эсвэл путем использования менее твердых, но более упругих карбидных материалов с прочной связью. Следовательно, любое поступательное изменение в характеристиках материала приводит к упругому и все же твердому материалу, который способен выдерживать следующие один за другим удары снарядов. К сожалению, в отношении керамических материалов имеется общее правил, чем тверже вы делаете материал, тем более хрупким он становится.

Другие успехи боломжтой сделаны в обработке сырья и, в частности, снижения стоимости керамических материалов более высокого уровня, таких как диборид титана, карбид кремния болон прозрачные керамические материал, рассмотренные выше. Альтернативно, успехи боломжтой стать заметными, когда исследователи начнут лучше понимать роль задержки и как поддерживать ее. Аль эсвэл фактически появиться методы лучшего соединения, үүнтэй төстэй керамик металлын опоройгүйгээр полимерны клеев ашиглах боломжтой. 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.