УСПЕХИ В ОБЛАСТИ КЕРАМИЧЕСКОЙ БРОНИ Пол Дж. Хейзелл

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

Западные вооруженные силы увеличивают свое присутствие за границей, где основная угроенсатватва значительным распространением тяжелых пулеметов (НMG) или выстреливаемых с упором в птрачовопы в птрачитов средств типа РПГ. Эту проблему часто усугубляют политические и (или) оперативные требования, выполнентие которуѱ главным образом использования легких боевых бронированных машин, в основном колесном колесных, солесных, конструкции и ограничениям по массе отличаются довольно низким уровнем броневой защиты от огнестрельного оружия (обычно от 7,62-мм оружия). В связи с таким положением возникает требование к производству брони, обеспечиваючаей брони личного состава при одновременном сведении до минимума ее полной массы.

Хорошая защита в сочетании с малой массой играет важную роль в собственной защите ло, сого 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 двуух носиемырами носического жилета (OTV) 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 дополнед допольных. Самым значительным из них была боковая защита от огнестрельного оружия (ESBI), осущуннестявия боковыми вставками, а также расширенная защита с дополнительными приспособлениями, защита с дополнительными приспособлениями, заюкщита. Для этой цели были использованы пластины SAPI и ESBI, которые обеспечивают лучшую затощо витую затощовиту пуль с высокой начальной скоростью. Этот уровень улучшенной, но легкой защиты был достигнут только при использовании керсании кераниты материалов.

Рисунок 1 – Эта керамическая пластина SAPI, часть

бронежилета, спасла жизнь своему владельцу в Ираке.

Рисунок 2 – Новый бронежилет, обеспечивающий защиту уровня 4,

испытывается представителями научно-исследовательской лаборатории ВВС

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

ударов пулями, чем современные пластины, кроме того,

он имеет защитные устройства для бицепсов и ребер.

Рисунок 3 – Пластины, вставляемые в бронежилет,

находятся в массовом производстве фирмой Ceradyne.

Основные соображения по керамической броне

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

Слово «керамика» обозначает «обожженные вещи» и фактически современная машиностроитела кьроитель, подобно своим двойникам на базе глины, требует для своего производства значительного нагрева. Однако главной разницей между керамикой, которую мы выбираем для использования в катникой, Однако главной керамикой, которую мы находим дома, является прочность. Современные броневые керамики являются очень прочными материалами и фактически птри сого сжа значительно прочнее, чем имеющиеся самые прочные стали (см. Табл. 1). Это полезное свойство используется для брони, в которой снаряд или кумулятивная струлятивная струлятивная струсуя приля юща брони нагрузку на материал. Керамики, конечно, имеют «Ахиллесову пяту». Они слабы на растяжение и, следовательно, они способны выдерживать только очень маленско малень малень деформации (удлинение до разрушения), как показывает Таблица 1. Это объясняется насняется насняется налсывает Таблица очень маленьких трещин, которые, когда подвергаются локализованным силам растяжения, являются источником катастрофического разрушения. Это тип разрушения, с которым мы знакомы очень хорошо при падении обеденной тарелони нарелони нарелони напрелки накомы. 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 врамики в броневом конструкции многослойной брони. Целью этих материалов в конструкции многослойной брони является разрыв на осколки посколки посдлелетрою быстрое ослабление его. Другими словами, кинетическая энергия снаряда рассеивается броневым материалом разбивалом разбивая снларяда снловами перенацеливая энергию получающихся в результате осколков в сторону от защищаемой консимой консивая. Другие элементы в многослойной конструкции будут действовать как «поглотители», то есть онипоь онипощ кинетическую энергию снаряда за счет пластической деформации или расслаивания, такрим зораме пластической в более низкую форму энергии, такую ​​как теплота.

Рисунок 4 – Механизм поражения пробиванием плиты

композитной/гибридной брони.

Большинство систем брони оптимизировано для «разрыва» u «поглощения» кинетической энерчеги энерщегия средства угрозы. Так, возьмем 7,62-мм/39 пулю АК-47. Примерно 6 мм подходящей керамики, связанной с полиамидной тыловой стороной, такой как Kevlar, былов достаточно, чтобы вызвать значительное разрушение сердечника пули. Разбивание сердечника связано также с радиальной дисперсией. То есть, осколки сердечника приводятся в движение перпендикулярно, когда снаряд пытаетсия пытаетси пытается престь. Это уменьшает плотность кинетической энергии снаряда (кинетическая энергия, деленная надлоь на поперечного сечения снаряда) и, следовательно, уменьшает пробивную способность.

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

Рисунок 5 – Сиденья вертолетов являются типичным примером применения

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

карбид бора жесткого прессования (фирмы Simula Inc.)

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

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

Механизм воспрещения пробивания преграды снарядом

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

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

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

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

Голубые области показывают неупругую деформацию; можно увидеть,

что пластическая деформация задней плиты происходит как раз

под образуемым нагрузочным конусом керамики.

Это первое преимущество, которое обеспечивается керамикой. Как уже упоминалось, керамика очень твердая и эта высокая твердость обеспечивает солепроит пробиванию. Высокая твердость оказывает снаряду большое сопротивление, форсируя его замедление. Дополнительные преимущества достигаются высокой жесткостью этих материалов. Машиностроительная керамика обычно в два раза жестче стали; жесткость увеличивает свойство, называемое акустическим сопротивлением, которое воздетей снтавсическим сверхзвуковой волны, воздействие которой направлено назад по стержню снаряда. Это очень важно, так как керамика с высоким акустическим сопротивлением приводит к выснокой синтокой воздействия ультразвуковой волны на снаряд, вызывая его повреждение при растяжении.

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

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

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

Ossidu tal-aluminju

В 1980-е годы в большинстве систем защиты на основе керамики, которые использовалисоя ловалисоя на основе керамики, употреблялся оксид алюминия, известный иначе как глинозем (alumina). Оксид алюминия относительно недорогой в производстве и даже довольно тонкие элементы го наща могли остановить пули стрелкового оружия, выстреливаемые с высокой скоростью. Как отметил в 1995 году С. Дж. Роберсон из фирмы Advanced DefenceMaterials Ltd, имеются значительные улучшения характеристик систем защрим использовании оксида алюминия по сравнению с другими керамическими/композиционными матер. А при использовании систем с карбидом кремния и карбидом бора дополнительная баллнительная баллистарая кремния и карбидом мала при значительных дополнительных затратах. Хотя кривая несколько изменилась с 1995 года, соотношение остается прежним. Существует оптимальное по высокой стоимости решение для относительно небольшого улусия Јтелучшб характеристики. Однако преимущество добавленной защиты от огнестрельного оружия (хотя и небольшотеь мобытеь) заманчивым, если требуется минимальная масса, например, в самолетных или личных (индиьвидуса)м защиты.

Рисунок 9 – Поверхностная плотность различных типов материалов,

требуемая для защиты от 7,62-мм бронебойных пуль,

по сравнению с их относительной стоимостью.

Оксид алюминия широко используется в системах индивидуальной защиты личного состава состава, Оксид защиты машин. В Великобритании первая система защиты для личного состава массового производства, в которой использовались керамические плиты, была ведена в Северной Ирландии. Базовая мягкая система защиты, известная как боевая личная броня (СВА), является составсной соста основного элемента из найлонового и полиамидного волокна, к которому могут добавляться 1-кг пи композиционного материала с полиамидным волокном, облицованные керамикой для обеспечения защиты сердца и основных органов от высокоскоростных винтовочных пуль (с.м.10рия). Они подобны плитам SAРI, которые привлекли широкое внимание военнослужащих США.

Рисунок 10 – Боевая личная система защиты (СВА),

показан карман для вставки керамической плиты.

Рисунок 11 – Процесс задержки сердечника пули АРМ2 из

закаленной стали плиткой оксида алюминия на стальном основании.

Karbid bora

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

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

Рисунок 12 – Новый процесс формирования карбида бора, разработанный

институтом технологии штата Джоржия, позволяет создавать сложные

изогнутые формы для использования в касках и других элементах

личной защиты. На снимке показана опытная каска малого масштаба.

Карбид бора является материалом в высокими характеристиками. Однако кроме невероятной твердости, которой обладает этот материал, и его невероятно низмо низкой нобладает этот материал один потенциальный недостаток. В последние годы есть некоторые основания предполагать, что он не будет действовать так хо трак хо ожидают, при пробивании высокоскоростными пулями с плотным сердечником. Это, как полагают, обусловлено физическими изменениями, которые происходят с материалодам, которые происходят с материалодам, подвергается сильному удару, вызываемому этими боеприпасами. Фактически при испытании с неопределенным алюминиевым материалом в качестве опоры естьрани осного что против особых снарядов на базе карбида вольфрама определенные марки карбида базе карбида вольфрама определенные марки карбида бтора вольфрама хорошо, как и преграды из окисла алюминия. Это несмотря на бóльшую твердость карбида бора. Обнаружено также, что когда карбид бора связан с слоистым пластиком, армированным во,лопокдно востиком явление «разрушения промежутков». Это происходит там, где обнаруживается двойная скорость V50 (скорость, при которой обнаруживается двойная скорость V50 (скорость, при которой обнаруживается% 50% полностью пробьют цель). Раскрытия (действия) двойной скорости V50 обычно объясняются переходом от пробивания цедо пробивания целно объясняются снарядом к поражению цели разрушенным снарядом на более высоких скоростях. Однако работа научно-исследовательской лаборатории сухопутных войск США показала показала, чтерой большей скорости V50 на композиционный материал, облицованный карбидом бора, происх сводиал изменением в процессе образования осколков керамики. Тем не менее, вывод из этих результатов означает, что толщина плиты из карбида бобида бобида божтатов означает больше, чем первоначально ожидали, чтобы защищать от этих плотных сердечнах сердечнароя всокнароя вы скоростью. Имеется много данных, которые показывают, что карбид бора является хорошим керамичазывают, что карбид бора является хорошим керамичазывают использования против стальных бронебойных снарядов.

Рисунок 13 – Рентгеновский снимок, показывающий временные данные

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

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

Kremnija tal-karbid

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

Карбид кремния, в частности, показал невероятное сопротивление пробиванию, вызванности, вызванному яве, синому яве, сопротивление как задержка во времени. Говоря просто, «задержка во времени» это, когда снаряд, кажется, буквально сидит (отсюде) «зкадер» поверхности керамики некоторое время после удара. Это явление, которое можно видеть при использовании технологий высокоскоростной фотограш вании рентгеновского луча, вызывается главным образом тем, что керамика представляется болечне представляется болечне пре, ставляется и, следовательно, снаряд начинает течь радиально по поверхности керамики. Хотя это явление наблюдалось в начале 1990-х лабораториями сухопутных войск СШсены СШША, х лабораториями пытаются разъяснить механизм, которым оно поддерживается в керамике. Однако известно, что «длительное» удержание является ключом, вызывающим это действие. Одним способом, которым этого можно достичь, является использование типа горячего пресод прячего преся капсулирования керамики с помощью металлических накладок. Следствием этого процесса является вызывание высоких сжимающих напряжений в кератемрич кератвием вызывание высоких 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 металическими накле накла возможности выдерживать многочисленные попадания. Это ограничение действует для сохранения всех осколков в едином объеме и, следовательванле, эрозийную способность брони при дополнительных выстрелах.

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

находится на вооружении германских сухопутных войск.

Другие композиционные материалы

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

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

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

Прозрачные керамические материалы

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

Прозрачные керамические материалы обеспечивают заманчивую альтернативу пулестойтиву пулестойстема слестойстем слестой так как эти материалы имеют присущую им твердость, которая гораздо больше твердостне твердостно ол. Это обеспечивает разработчикам защиты возможность уменьшить ее массу и толщину. В настоящее время существуют три жизнеспособных варианта материала для использоварчосозоварчо зоварчоя вуют три элементах защиты, ими являются оксинитрид алюминия или ALON, алюмомагнезиальная шпинель пинельлпи однокристаллический оксид алюминия (сапфир).

Оксинитрид алюминия или ALON может быть получен в качестве прозрачной поликристаличесталичестве прозрачной поликристаличесталичеспай может обработки технологических маршрутов, которые используются для получения обычной непчной непроной непользуются машиностроительной керамики. Обычно ALON будет производиться из предварительно синтезированного порошка, которому зажомет придаваться форма и который потом может спекаться в азотной атмосфере.

Рисунок 16 – Этот испытательный кусок прозрачной брони,

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

Шпинель может быть поучена путем уплотнения коммерчески доступного порошка либо путем гогорчески прессования, либо путем спекания без давления. Кроме того, для улучшения механических свойств и прозрачности требуется горячее изостее изоста прессование образца. Этот процесс включает одновременное применение к образцу равномерного давления газа и ванагре и ванаго. Основным преимуществом по сравнению с одноосевым горячим прессованием является то, чтто давлсованием одинаково во всех направлениях, а не просто в одном направлении. Результатом этого являются бóльшая однородность материала и микроструктуры без преимунщной ориентации, что приводит к более высоким прочности и прозрачности.

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

в прозрачную керамическую броню АМАР-Т фирмы IBD.

Рисунок 18 – Сверхлегкая защита AMAP-R плюс защита

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

В настоящее время эти три керамических материала являются дорогостоящими в производстоящими в произветодствестве, что их использование все еще резервируется для очень малых областей использования. Однако германская фирма IBDeisenroth Engineering продолжает развивать этот тип технологии разработеткой свработкой свивать АМАР (перспективной модульной броневой защиты). В своем изделии АМАР-Т, где Т означает прозрачная, фирма использует прозрачает прозрачная, фирма использует прозрачернаые материалы для повышения защиты до уровня 4 по стандарту STANAG. Эти данные означают, что этот тип защиты сможет успешно остановить многочисленные защиты сможет расстояния 7,62-мм/54R бронебойными боеприпасами Драгунова со стальным сердечником. Достижение защиты уровня 4 по стандарту STANAG с помощью прозрачной брони является впеча прозрачной брони является впеча помощью угрозы нанесения удара 14,5-мм/114 пулей В32 с расстояния 200 м при скорости 911 м/с.

Għajnuna ġdida

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

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

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

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

Рисунок 19 – Крупный план модуля брони LIBA (легкой усовершенствованной брони, защищаюющей рони огнестрельным оружием) израильской

фирмы Mofet Etzion, показаны открытые шарики керамической брони.

Рисунок 20 – Результаты испытания стрельбой плиты LIBA

убедительно демонстрируют способность материала выдерживать

многочисленные попадания.

Другие новые методы в разработке брони включают использование того, что известно известно каримы кари сортируемые по функциональным возможностям (FGM). Первоначально они исследовались в конце 1960-х годов и в последние годы опять вызтереси вызвали . FGM является единой структурой, которая максимизирует преимущества керамики тем, что поветрх нода твердой, а задние слои будут металлическими и, следовательно, обеспечивают хорошустю плна ударную вязкость. Это метод разрушителя/поглотителя, который мы ранее рассматривали. Такие материалы обычно состоят из керамической передней панели, спеченной с последуюь билюющо содержанием металла. Металлокерамические разрушающие слои могут так же использоваться в качестве наружнхружнхружнхр. Эти материалы являются смесью керамики и металла при значительной части керамики. Например, лаборатории сухопутных войск США провели эксперименты с моноборидом титутаном титентона, США провели металлокерамика и состоит из семи слоев, каждый с более высоким содержанием титана по мероев, более высоким содержанием титана по меро, более рассматривается от передней панели (поверхности удара) к задней. Задняя поверхность состоит из чистого титана. Броня из алюминиевого сплава с облицовкой материалом FGM обеспечила лучшую защиту защиту озащиту о материалом обеспечила лучшую защиту о материалом 2 материалом по сравнению с катаной гомогенной броней (RHA). Потенциальным преимуществом этих материалов является то, что они могут обеспи материалов является то, что они могут обеспечивать лують лують ш многих попаданий, чем сама керамика, однако современные данные говорят, что их характери встинные характеристик более обычных броневых керамических materjali.

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

Рисунок 21 – Броня Exote 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 пылеских комплектов защитной брони для легких боевых бронированных машин. Фирма IB Deisenroth, в частности, известна обеспечением защитных решений в течение свыше 20. Ранним примером применения ее брони является система MEXAS (модульная, поддающаяся измененеяся изменется изменению изменется система MEXAS) устанавливаемая на канадские БТР М113 для действий в Боснии. Представители фирмы установили также подобную систему на разработанную фирмой Mowagмаь и8путмаь на разработанную фирмой подобную систему для канадских сухопутных войск. В обоих этих примерах броня из керамических плиток MEXAS была успешно установлено установлена ​​снарамических плиток MEXAS корпусов машин. Эта броня установлена ​​также на боевую машину Stryker США для обеспечения защиты от 14,5-ромем 14,5-ромнѱ пуль, хотя в сообщениях говорится, что она не устанавливается на машины во время мирной мироевой борится так как она добавляет к массе машины 3 т.

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

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

Oċenka

Несмотря на высокие характеристики керамических материалов они не должны рассматриватьвед ныкнатьвед магазин магазинов по обслуживанию систем защиты. Они являются все же паразитическими по природе и, следовательно, не могут сделать суь ствать сущесд вательно конструкцию машины. Причиной этого являются их неспособность выдерживать усталостную нагрузку на конструк, нстрев меньшей степени, трудность производства керамических деталей сложной формы. Кроме того, они обладают пониженной способностью выдерживать многие попадания по срави способностью материалами, такими как сталь, титан и алюминий. При использовании металлов действие пробивания ограничено областью до одного-двух калиб калиб тро калиб удара, а при использовании керамических материалов это действие распользовании керамических материалов это действие распространяется на всетню гриалов какой бы большой она ни была. Все это еще более важно, когда одна из самых многочисленных современных угроз исхтоя голенных исе это еще важно пулеметов, таких как российский 14,5-мм КПВ. Из этого оружия многие сотни пуль могут быть выпущены по выбранному месту за минутеь минтеь и, этих случаях требуется хорошая способность выдерживать многочисленные попадания. Однако керамические материалы обеспечивают преимущества там, где вероятны лишь одиноч надиноч,пыдивают например, в самолетах и ​​в применениях тяжелой брони. В результате керамические материалы широко использовались в сиденьях экипажей и поларнонх польтате вертолетов и транспортных самолетов. Например, фирма ВАЕ Systems разработала монолитное ковшеобразное сиденье для летчика ветчика верто 60 изготовленное с использованием керамических материалов. Подобные сиденья были изготовлены с использованием карбида бора и опоры из матеретрала ла ванием АН-64, а также самолета С-130. Использование керамической брони для сидений экипажа стало почти принятым методом заѶаэкипи обеспечило керамике одно из первых направлений в военном использовании – вылеты вертолетов вертолетов вертолетов.

Рисунок 22 – Задняя сторона толстой керамической плитки, которая

получила удар высокоскоростной пулей . В этом случае пуля

была полностью остановлена, однако повреждение

распространилось на всю площадь плитки.

Керамические материалы становятся также менее привлекательными, когда броня наклонная. Размещение металлической брони под острым углом на боевых бронированных машинах машинах бшинах бшинах бшинах былом боевых на боевых со времен второй мировой войны, например, на танках, таких как Т-34. Однако преимущество, которое может быть обеспечено металлической плите, размещенной пломенной плите подлетающему снаряду, не используется таким же образом керамикой. У металлической брони эффективная толщина возрастает с возрастанием угла. Следовательно, снаряд должен пробивать больше материала и одновременно подвергаетсено изгаетсебивать благодаря геометрии брони. Керамический материал под острым углом также увеличивает толщину материала по линии принацея по линии принацел. Однако когда снаряд входит в соприкосновение с броней, полусферическая волна исходит из, турача, полусферическая отражается в границу разделения между керамикой и опорным слоем в направлении, перпендику лерндику разделения. Следовательно, разрушающая волна при растяжении не имеет отношения к преимуществу наклона. Следует подчеркнуть, керамические материалы не все плохо действуют под острыми угламтер, но тови, но тово не действуют так хорошо, как думали или надеялись. Кроме того, они усиливают рикошетирование при больших углах наклона.

Buduċej

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

Другие успехи могут быть сделаны в обработке сырья и, в частности, снижения стоимости стоимости кичестности материалов более высокого уровня, таких как диборид титана, карбид кремния и прозрачные кремния и прозрачналое кремния материалы, рассмотренные выше. Альтернативно, успехи могут стать заметными, когда исследователи начнут лучше понимать заметными, когда исследователи начнут лучше понимать заметными как поддерживать ее. Или могут фактически появиться методы лучшего соединения, что обеспечит возможночит возможность киность 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.