УСПЕХИ В ОБЛАСТИ КЕРАМИЧЕСКОЙ БРОНИ Пол Дж. Хейзелл

В настоящее время сохраняется возрастающая потребность в более легких и меньших по размерам боевых бронированных средствах. Ожидается, что боевые бронированные машины будут легче и меньше по габаритам благодаря повышенным требованиям к лучшей стратегической мобильности. В данном случае применяется современная броневая керамика, которая является очень прочным ударопрочным материалом, фактически она обладает значительно более устойчивым внешним видом по сравнению с устойчивыми прочными прочными сталями. Это полезное свойство может быть использовано для брони, в которой окружающая среда (пуля) или кумулятивная струя включает сжимающую нагрузку на материал.

Западные вооруженные силы усиливают свое присутствие за границей, где основная угроза со стороны представителей включает пулеметы (НМГ) или стреляющие с упором в плечо противотанковые средства типа РПГ. Эту проблему часто удовлетворяют политические и (или) оперативные требования, выполнение требует в первую очередь использования легких боевых бронированных машин, в основном колесных, которые по своей конструкции и ограничениям по массе имеют довольно низкий уровень броневой защиты от огнестрельного оружия (обычно от 7,62). -мм оружие). В связи с таким положением возникает требование к производству брони, обеспечению защиты защиты личного состава при одновременном содержании хотя бы полной его массы.

Надежная защита в союзе с малой массой играет решающую роль в собственной защите личного состава, и 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 солдат от поражения стрелковым оружием (SAPI). Однако из-за серии смертительных случаев в Ираке и Афганистане в IBA был внесен ряд дополнений. Самая передовая из них была боковая защита от огнестрельного оружия (ESBI), отличавшаяся усовершенствованными боковыми вставками, а также расширенная защита с помощью механических приспособлений, закрывающих плечи. Для этой цели были использованы пластины SAPI и ESBI, которые снижают защиту от винтовочных пуль с высокой начальной скоростью. Этот уровень улучшенной, но защита от света была достигнута только при использовании керамических материалов.

Рисунок 1 – Эта керамическая пластина SAPI, часть

Бронжилета спасла жизнь его владельцу в Ираке.

Рисунок 2 – Новый бронежилет, обеспечения защиты уровня 4,

привести в порядок научно-исследовательскую лабораторию ВВС

на авиационной базе Райт-Паттерсон, шт. Огайо. Этот бронежилет включает в себя керамическую пластину новой формы, которую можно выдержать больше.

удары пулями, чем современные пластины, кроме того,

Он держит устройство для бицепсов и ребера.

Рисунок 3 – Пластины, вставляемые в бронежилет,

происходит массовое производство фирмы Ceradyne.

Основные рекомендации по керамической броне

Большинство людей ассоциируют слово «керамика» с глиняной или фаянсовой посудой, которую они используют дома или в кафе, используемым на стенах в ванных комнатах. Керамические материалы использовались в домашних условиях тысячелетия, однако эти материалы положили начало керамическим материалам, которые применяются в настоящее время в боевых бронированных машинах.

Слово «керамика» означает «обожженные вещи», а современная машиностроительная керамика, подобная своим двойникам на основании глины, требует для своего производства значительного нагревателя. Однако главной разницей между керамикой, которую мы выбираем для использования в качестве брони, и керамикой, которую мы находим дома, является прочность. Современные бронекерамики представляют собой очень прочные материалы, и при сжатии они могут быть значительно прочнее, чем самые прочные стали (см. Табл. 1). Это полезное свойство используется для брони, в которой окружающая или кумулятивная струя включает сжимающую нагрузку на материал. Керамики, конечно, имеют «Ахиллесову пяту». Они слабы в отношениях и, следовательно, они способны выдержать лишь очень небольшую величину деформации (удлинение до разрушения), как показано Таблица 1. Этот тип разрушения, с которым мы знакомы очень хорошо при падении столовой тарелки на пол кухни. Следовательно, их использование в домашних брони следует тщательно обдумывать.

Таблица 1 – Некоторые свойства броневой керамики по сравнению с катаной гомогенной броней (RHA)

Керамика в броневом корпусе работает в условиях экономии энергии в качестве элементов разрыва устройства в конструкциях многослойной брони. Целью этих материалов в конструкциях многослойной брони является разрыв осколков подлетающего мира или быстрое ослабление его. Другими словами, кинетическая энергия среды рассеивается броневым воздействием, разбивая среду на осколки и перенацеливая энергию, получающую осколков в сторону от защищаемой конструкции. Другие элементы в многослойной конструкции действуют как «поглотители», то есть они учитывают кинетическую силу тяжести за счет пластической деформации или расслаивания, таким образом превращая ее в форму с более низкой энергией, такую ​​как теплота.

Рисунок 4 – Механизм повреждения пробиванием плиты

композитной/гибридной брони.

Большинство систем брони применяются для «разрыва» и «поглощения» кинетической энергии подлетающего средства угрозы. Так, возьмем 7,62-мм/39 пулю АК-47. Примерно на 6 мм под поверхностью образовались керамики, связанные с полиамидной тыловой стороной, такой как кевлар, было бы достаточно, чтобы произошло разрушение сердечника пули. Разбивание сердечника также связано с радикальной дисперсией. То есть, осколки сердечника созданы в фундаментально, когда мир пытается победить систему. Это уменьшает кинетическую энергию окружающей среды (кинетическую энергию, деленную на площади поперечного сечения Земли) и, следовательно, уменьшает пробивную способность.

Первое исследование в области типа 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 нападающим ударом в сторону стальной цели, увеличило возможности ее ремня. Несмотря на это более 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 уменьшения потерь 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 второго пилота. Сиденья сбоку защищаются от 7,62-мм бронебойных (АР) боеприпасов, с боков и сзади благодаря использованию облицовки из карбида бора и основания из стекловолокна. Карбид бора — один из самых легких керамиков, которые можно использовать в броне (и по хорошей причине). Он составляет примерно 30 % от массы стали такого же объема и в то же время средней твердости, которая обычно в шесть раз превышает твердость катаной гомогенной броневой стали (см. Табл. 1).

Рисунок 5. Сиденья вертолетов имеют типичный вариант применения.

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

карбид бора жесткого прессования (Фирма Simula Inc.)

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

Конфликт, конечно, дал новые идеи, необходимость защиты экипажей вертолетов привела к масштабным исследованиям. Именно эта работа, выполненная учеными США в 1960-е годы, создала основу для открытия в настоящее время характеристик керамических брони.

Механизм воспрещения пробивания преграды окружающей средой

Прежде чем углубляться в изучение современных успехов в технологии керамических брони, полезно настроить механизмы, за счет которых система на базе керамики способна поддерживать помещения. Ранняя работа М. Л. Уилкинза и его коллеги из лабораторий США создали основу для понимания того, что на самом деле происходит, когда пуля стрелкового оружия наносит удары по целям с керамическим покрытием.

В момент воздействия ультразвуковых волн воздействие на керамику и вдоль сердечника пули. Волны в обоих материалах разрушаются, для керамики это становится проблемой, когда волна сталкивается с периферийной поверхностью поверхности или на самом деле со связующим слоем между керамикой и ее защитным слоем. Самый распространенный тип керамической брони в настоящее время существует при использовании полимерного связующего материала, который по своей природе обладает низкой жесткостью и устойчивостью. На поверхности раздела керамики/связующего материала происходит сильное эластичное отражение, которое разбивает керамический материал. Кроме этого, возникает сильная сменная волна, которая буквально «расстегивает как молнию» полимерный связующий материал и, следовательно, отсоединяет керамическую плитку от ее опор. Однако в это время материал для пробивания стирки сжимается; конические трещины возникают от места удара и это приводит к образованию конуса в материале, который в большинстве случаев распространяет нагрузку от пулов на более расширенную поверхность площадки (см. рис. 6).

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

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

Голубые области проявляют неупругую деформацию; можно увидеть,

что пластическая деформация задней плиты происходит как раз

под образуемым нагрузочным конусом керамики.

Это первая вещь, которая защищает керамику. Как уже упоминалось, керамика очень твердая, и эта твердость обеспечивает высокую устойчивость к пробиванию. Высокая твердость окружающей среды вызывает большое сопротивление, вызывая его замедление. Дополнительные преимущества обеспечивают высокую жесткость этих материалов. Машиностроительная керамика обычно в два раза жестче стали; Жесткость увеличивает свойство, называемое акустическим сопротивлением, которое воздействует на излучатели сверхзвуковой волны, воздействие которых направлено назад по стержню среды. Это очень важно, поскольку керамика с низким акустическим сопротивлением приводит к воздействию высокой мощности ультразвуковых волн на планету, вызывая ее повреждение при изготовлении.

Против кумулятивных струй, таких как образуемые гранатами РПГ-7, керамические материалы, по-видимому, обладают магической подвеской для пробивания. Разгадкой здесь является охрупчивание (хрупкое противодействие) материала. Когда кумулятивная струя проникает в керамику, она разбивается на очень мелкие осколки в ограниченном месте, где материал проникает в струйку. Следовательно, каверна, которая осуществляет расходы под воздействием кумулятивной струи, является относительно бесформенной, и струя изменения ее формы, когда она стремится пройти через этот материал. Интересно отметить, что обычное флоат-стекло (то есть стекло, которое находится в окнах жилых домов) также является эффективным в качестве броневого материала против кумулятивных струй. Однако следует ожидать, что эти высокие показатели проявляются при перемещении масс в больших количествах, если сравнивать их со сталью. Следовательно, потребуется довольно большая стеклянная подставка для обеспечения достаточной защиты. Оконное стекло толщиной 3 мм не устоит против попадания гранаты РПГ-7!!

Однако интересная концепция была предложена на 13-м европейском симпозиуме по боевым бронированным машинам (AFV), проводимом университетом Крэнфилдского университета в военной академии Великобритании (30 апреля – 2 мая 2008 года). Во время этого симпозиума профессор Манфред Хелд (изобретатель взрывной реактивной брони) обсудил возможность создания прозрачной взрывной реактивной брони (ЭРА), то есть, брони ЭРА, в которой в качестве материала противодействующей плиты используется стекло. Если бы вместо обычных составов РВХ использовалась прозрачная взрывная жидкость, можно было бы создать полностью прозрачную систему ERA. Однако, по словам государственного профессора Хелда, эта система будет очень серьезной, так как задняя плита (основной броневой защиты) должна быть очень толстой и достаточно жесткой, чтобы она не воздействовала на сидящего за ней члена экипажа, когда детонирует взрывчатое вещество взрывной защиты. Толщина неподвижной задней плиты должна быть порядка 150–200 мм по сравнению с 10–20 мм передней противодействующей плиты.

Керамические материалы обладают также хорошим механизмом прочности при нанесении ударов при более высоких скоростях поражающих элементов. Это особенно полезное свойство при воздействии кумулятивной струи, так как прочность керамики в этом случае значительно увеличивается при таких очень высоких темпах нагрузки. Это хорошее свойство для разработчика брони. По мере увеличения усиления сопротивления пробиванию и, следовательно, струе или окружающей среде все труднее пробивать такую ​​преграду. Именно этот механизм упрочнения делает эти материалы особенно ценными в остановке самоформирующихся поражающих элементов типа «ударного ядра» (EFP). Быстро боевые части на базе EFP привлекли серьезное внимание благодаря использованию их повстанцами в Ираке, располагавшими значительными запасами противотанковых мин советской эпохи, в которых использовались элементы EFP. Обычно обработка таких зарядов производится из пластичных металлов, например, низкоуглеродистой стали или меди. Получающийся в результате подрыва поражающий элемент в данном случае из деформированного куска металла очень эффективен благодаря высокой скорости, однако элементы эти относительно мягкие. В более модифицированных элементах EFP используется тантал (очень дорогой материал из-за его использования в мобильных телефонах). Однако твердость керамики, делающая ее заманчивой из-за способностей, приводит к противодействию сильному удару EFP. Одним из примеров керамической брони для защиты от EFP является плита, устанавливаемая на некоторые машины под ежедневной защитой от мин.

Рисунок 7 – Компоненты керамической брони фирмы Coors-Tek

для применения в бронетехнике.

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

и Ceradyne, отличаются большим использованием керамических брони для

обеспечение защиты от зарядов типа «ударное ядро».

Керамические материалы для применения на поле боя

Оксид терпит

В 1980-е годы в большинстве систем защиты на основе керамики, которые использовались на поле боя, работал оксид, известный иначе как глинозем (глинозем). Оксид воспринимается сравнительно недорого в производстве, и даже довольно тонкие элементы защиты на его базе могли остановить пулевое стрелковое оружие, стреляющее с высокой скоростью. Как отметил в 1995 году С. Дж. Роберсон из фирмы Advanced DefenceMaterials Ltd имеет значительные улучшения характеристик систем защиты при использовании оксида, которые отличаются от других керамических/композиционных материалов. А при использовании систем с карбидом кремния и карбидом бора дополнительные баллистические характеристики малы при значительных дополнительных затратах. Хотя кривая несколько изменилась с 1995 года, отношения остаются прежними. Существуют решения по низкой стоимости, однако для небольшого улучшения баллистических характеристик. Однако преимущество добавленной защиты от огнестрельного оружия (хотя и небольшого) может быть заманчивым, если требуется минимальная масса, например, в воздушных или индивидуальных (индивидуальных) средствах защиты.

Рисунок 9 – Поверхностные светильники различных типов материалов,

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

по сравнению с их относительной стоимостью.

Оксид широко используется в индивидуальной защите личного состава, а также в тщательной защите машин. В Великобритании первая система защиты массового производства, в которой использовались керамические плиты, была введена в Северной Ирландии. Базовая система защиты, известная как боевая личная броня (СВА), представляет собой состав и состоит из основного элемента из найлонового и полиамидного волокна, к которому можно прикрепить 1 кг плиток из композиционного материала с полиамидным волокном, облицованными керамикой для защиты сердца и основных элементов. органы от крупных винтовочных пуль (см. рис. 10). Они подобны плитам SARI, которые привлекли широкое внимание военнослужащих США.

Рисунок 10 – Боевая личная система защиты (СВА),

оказался карман для вставок керамической плитки.

Рисунок 11 – Процесс задержки сердечника пули АРМ2 из

закаленной стали плитка с оксидом выгорает на стальном основании.

Карбид бора

Несмотря на экономическую эффективность и способность оксида остановить большинство пуль стрелкового оружия при относительно высокой эффективности в массе, свой путь на рынок керамической брони нашел другие керамические материалы. Самым известным является карбид бора – материал, который впервые был использован в 1960-е годы. Он невероятно прочный, но в то же время невероятно дорогой, и поэтому его используют только в самых экстремальных условиях, в которых желательно компенсировать несколько грамм массы броневой конструкции, например, в сиденьях экипажа самолета V22 OSPREY. Другим примером использования карбида бора было производство усиленной системы индивидуальной защиты (ЕВА). Опять же, для относительно высокой защиты требовалась минимальная масса. Она была введена британскими сухопутными войсками для защиты от 12,7-мм пули со стальным сердечником и вызвала у себя комплект «тупой травмы». Происходит тупая травма, когда защита не пробивается, но импульсная передача воздействия вызывает большую деформацию в мышцах опор, ведущую к ушибам, травмам основных органов и даже к 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 защиты-бронежилет (IBA). В 2002 году была поставлена ​​задача на вооружение 12000 таких плит с карбидом бора.

Рисунок 12 – Новый процесс формирования карбида бора, разработанный

институт технологий штата Джорджия, позволяющий создавать сложные конструкции

изогнутые формы для использования в касках и других элементах

индивидуальной защиты. На снимке показана опытная каска детского масштаба.

Карбид бора является фактором поддержания хорошего состояния. Однако, кроме невероятной твердости, которой обладает этот материал, и его невероятно низкой плотности, он обладает еще одним потенциальным недостатком. В последние годы есть некоторые основания предполагать, что он не будет действовать так хорошо, как прогноз, при продвижении высокопоставленных пулов с плотным сердцем. Это, как предполагается, вызвано физическими изменениями, которые постоянно приводят к воздействию, когда он подвергается сильному удару, вызывающему боеприпасы. Учитывая сопротивление с неопределенным алюминиевым упором в качестве опоры, можно предположить, что против различных стран на базе карбида вольфрама марки карбида бора показывают также хорошо, как и преграды из-за окисла. Несмотря на большую твердость карбида бора. Обнаружено также, что, когда карбид бора связан с жидкостым пластиком, армированным волокном, происходит явление «разрушения промежутков». Это происходит там, где обнаруживается двойная скорость V50 (скорость, при которой судят, что 50 % окружающей среды полностью пробьют цель). Раскрытия (действия) двойной скорости V50 обычно объясняются переходом от пробивания цели неповрежденным пространством к поражению цели разрушенным пространством на более высоких скоростях. Однако работа научно-исследовательской лаборатории сухопутных войск США показала, что воздействие при большей скорости V50 на композиционный материал, облицованный карбидом бора, происходит в связи с изменениями в процессе образования осколков керамики. Тем не менее, вывод из этих результатов означает, что защитные плиты из карбида бора должны быть больше, чем первоначально ожидалось, чтобы защититься от этих плотных сердечников населенных пунктов с высокой скоростью. Имеется много данных, которые показывают, что карбид бора является хорошим керамическим изделием для использования в условиях защиты стальных бронебойных конструкций.

Рисунок 13 – Рентгеновский снимок, показывающий временные данные

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

задержка, проникновение в счет эрозии, осколки пулов и партнерство.

Карбид кремния

В последние годы другие керамические материалы также обеспечивали перспективу в обеспечении защиты от огнестрельного оружия, но ни один из них не оказался более эффективным, чем движущиеся горячему прессованию образования карбида кремния, которые производятся фирмами США, такими как BAE Systems и CeradyneInc. Фирма Ceradyne, в частности, имеет обширную родословную продукцию керамических плиток для применения с целью защиты, используя алгоритмическую обработку этого процесса с 1960-х годов. Этот материал создан под объединенными нагревом и давлением, чтобы изготовить невероятно прочное изделие, которое, как было доказано, обеспечивает высочайшую устойчивость к пробиванию боеприпасов стрелкового оружия, а также боеприпасами APFSDS. Во время изготовления обычно принимается температура примерно 2000°С.

Карбид кремния, в частности, продемонстрировал невероятную устойчивость к пробиванию, вызванному явлением, известным как задержка во времени. Говоря просто, «задержка во времени» - это, когда окружающая среда, кажется, буквально сидит (отсюда «задержка») на поверхности керамики некоторое время после удара. Это явление, которое можно наблюдать при использовании технологии высокоскоростной фотографии и вспышки рентгеновского излучения, возникает главным образом тем, что керамика кажется более прочной, чем Вселенная, и, следовательно, Вселенная начинает течь радиально по поверхности керамики. Хотя это явление наблюдалось в начале 1990-х годов в лабораториях сухопутных войск США, ученые все еще пытаются объяснить механизм, посредством которого оно работает в керамике. Однако известно, что «длительное» удержание является ключевым фактором, вызывающим данное действие. Одним из способов, которым этого можно ограничить, является использование типа горячего прессования для капсулирования керамики с помощью металлических накладок. Следствием этого процесса является возникновение высоких сжимающих напряжений в керамическом материале посредством теплового рассогласования металлических и керамических слоев при охлаждении. Эта предварительная нагрузка в традиционном счете обеспечивает керамике подарок. Второе резервное обеспечение окантовкой керамических материалов с металлическими накладками и резервная возможность выключения аккумуляторной батареи. Это ограничение применяется для сохранения всех осколков в едином пространстве и, следовательно, увеличивает эрозийную способность брони при дополнительных выстрелах.

Относительно недорогой карбидный кремний можно производить также способом, известным как реакция соединения. Этот процесс обеспечивает увеличение размера керамического изделия, тогда как другие традиционные методы обработки не позволяют этого сделать из-за высокой температуры и давления. В этом случае химическая реакция является сырьем для производства керамических изделий. Реакция соединения исходных материалов керамики, используется для некоторых видов брони при низкой температуре. Однако часто в керамике откладываются дефектные продукты в виде «пудлинговых криц», которые могут образовать слабые места в керамике. Для карбидного кремния, полученного соединительной реакцией, они принимают вид кремния - относительно мягкого материала.

Рисунок 14 – Микроскопическая структура (сверху вниз): связанного

Реакция карбида кремния, спеченного карбида кремния и карбида бора.

Рисунок 15 — Новая гусеничная боевая машина PUMA — одна из

несколько машин, которые защищают элементы керамической брони SICADUR (карбид кремния) фирмы CeramTec-ETEC. Эта машина

находится в составе вооруженных сил германских сухопутных войск.

Другие композиционные материалы

Другие керамические материалы, например, нитрид кремния и нитрид, имеют относительно малый потенциал в производстве керамических брони.

Имеются сообщения о том, что нитрид был принят на некоторых бронированных машинах, однако их немного. Нитрид является странным воздействием, эта странность заключается в том, что он работает лучше при увеличенных скоростях удара (обладает высокой стойкостью), однако при баллистических скоростях, встречающихся на сегодняшнем поле боя, он обладает относительно низкой стойкостью.

Керамический материал с карбидом вольфрама также рассматривался для применения в средствах защиты, и, несмотря на то, что он дорогой и довольно плотный (номинально в шесть раз плотнее карбида кремния), он очень прочный и вызывает высокое акустическое сопротивление ударам. Это последнее свойство является главным и используется в защитных устройствах (системах) для возбуждения в стержне пула напряженных больших границ, что в традиционном счете приводит к его разрушению. Полагают, что только объекты с относительно тонкой броневой связью, требующие обеспечения стойкости от обстрела бронебойными (АР) боеприпасами, такой материал потенциально может обеспечить возможности экономии заброневого пространства, когда масса не является определяющей.

Прозрачные керамические материалы

В последние годы были проведены работы по поиску альтернатив пулестойким системам остекления, которые используются (в качестве ветрового стекла) на таких машинах, как Humvee. Современные традиционные прозрачные системы сравнительно хрупкие, особенно когда они требуются для больших защитных секций (оконов). Это возникает при разработке машин защиты легких. Традиционные системы остекления таких машин состоят из нескольких слоев стекла, каждый из которых отделен полимерным слоем и удерживает поликарбонатный слой. Системы этих типов могут иметь массу до 230 кг/м.²при толщине 100 мм для обеспечения уровня защиты 3 по стандарту STANAG Level 3 (от 7,62 мм пуль). Стекло для оконного стекла размером с машину Toyota LandCruiser и толщиной 100 мм весит примерно 250 кг плюс стальные крепления для его установки. Общая масса полной системы должна быть, вероятно, резервной.

Прозрачные керамические материалы создают заманчивую альтернативу пулестойким системам остекления, так как эти материалы обладают присущей им твердостью, которая гораздо выше твердости оконного стекла. Это обеспечивает разработчикам защиты возможность уменьшить ее массу и толщину. В настоящее время существуют три независимых источника материала для использования в прозрачных элементах защиты, ими являются оксинитрид или ALON, алюмомагнезиальная шпинель или шпинель и однокристаллический оксид воздействия (сапфир).

Оксинитрид подвергается воздействию или АЛОН может быть получен в виде прозрачной поликристаллической керамики путем технологических процессов обработки, которые используются для получения обычной непрозрачной машиностроительной керамики. Обычно ALON производится из предварительно синтезированного порошка, который затем может придаваться форме, а затем может спекаться в азотной атмосфере.

Рисунок 16 – Этот тестовый образец прозрачных брони.

Изготовленный из ALON, выдержал удар 7,62-мм пулями.

Шпинель может быть поучена путем уплотнения коммерческого доступного порошка либо путем горячего прессования, либо путем спекания без давления. Кроме того, для улучшения механических свойств и прозрачности требуется более горячее изостатическое прессование образца. Этот процесс включает в себя одновременное применение к образцу равномерного давления газа и нагрева. Главным преимуществом по сравнению с одноосевым горячим прессованием является то, что давление применяется одинаково во всех направлениях, а не просто в одном направлении. Результатом этого является большая плотность материала и микроструктуры без исключительной ориентации, что приводит к более высокой прочности и прозрачности.

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

в прозрачную керамическую броню АМАР-Т фирмы IBD.

Рисунок 18 – Сверхлегкая защита АМАП-Р плюс защита

от поражающих элементов типа ударного ядра (EFP).

В настоящее время эти три керамических материала являются дорогостоящими в производстве, а это означает, что их использование все еще разрешено для очень небольших областей использования. Однако германская фирма IBDeisenroth Engineering продолжает развивать этот тип технологии, разрабатывая ряд изделий АМАР (перспективной модульной броневой защиты). В своих изделиях 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 сможет успешно остановить электрические удары с близкого расстояния 7,62-мм/54R бронебойными боеприпасами Драгунова со стальным сердечником. Достижение уровня защиты 4 по стандарту STANAG с помощью прозрачной брони является впечатляющим при наличии угрозы поражения ударами 14,5-мм/114 пулей В32 с дальности 200 м при скорости 911 м/с.

Новые подходы

В отличие от средств защиты личного состава (бронежилет) броня машины не ограничивает требования к гибкости; Скорее всего, обычно желаемыми качествами является необходимость выдерживать напряжение и обеспечивать ремонтопригодность. Ранние способы использования керамических материалов включают заделку керамической сферы в переднюю часть отливок башен советских основных боевых танков для обеспечения безопасности и эрозии бронебойной среды. Эта интеграция продолжалась с некоторыми танками Т-72 и Т-80. Однако большинство керамических систем было создано в качестве дополнительного комплекта, то есть есть элементы системы брони, которые можно было закрепить к корпусу машины. Эти дополнительные комплекты изготовлены из керамических материалов и используются в соединении со слоями других материалов, что обычно не требует необходимости.

Одним из таких модулей является система LAST (техника легкой дополнительной системы), которая использовалась морской пехотой США на машинах LAV (8х8). Система брони LAST состоит из шестигранных модулей керамических брони, которые крепятся к корпусу машины с помощью клея, сдвигающего при углублениях. Плитки могут укладываться (слоями) для повышения уровня защиты, а затем может применяться баллистическая обшивка для управления сигнатурой. Были созданы аналогичные конструкции, в которых использовались крепежные крюки и петли-липучки для установки керамических плиток на бортах машин с целью снижения сложности работ на театре военных действий (в боевой мощи).

Подобный метод крепления использовался в 1990-е годы с броней ROMOR-C фирмы Royal Ordnance (теперь это часть группы BAE Systems). Эта броня состоит из слоев керамики из оксида, приклеенных к стеклопластиковой/алюминиевой конструкции. Обнаружено, что этот тип соединений, который используется в производстве брони такой конструкции, является вполне решающим, и наблюдается снижение характеристик, если производитель не использует надлежащий клей. Обычно желательна хорошая прочная связь, которая не допускает никаких скольжения между керамикой задней поверхности и конструктивным элементом, с которым она соединена. Хотя какая-то работа, направленная на улучшение качества клея и производилась, она добилась сравнительно небольшого успеха. Другие преимущества могут быть достигнуты за счет тщательного выбора плитки. Например, шестиугольные плитки соответствуют требованиям (см. систему LAST), так как они приводят к минимуму разрушительных действий на границах. Недавно научно-техническая лаборатория министерства обороны Великобритании запатентовала шестиугольный элемент для использования в мозаичной компоновке. Этот особый элемент имеет выступы, которые отделяют его от отключения, предотвращая таким образом распространение «повреждения» (ударной волны) по броне.

Предотвращение распространения ударных волн от плитки к плитке не является новой идеей, и фактически некоторые утверждают, что она принимает разумное решение Советского Союза о создании керамической сферы в башнях его танков. Одной из более эффективных систем брони, в которой используется этот метод, является современная усовершенствованная броня, защищающая от поражения огнестрельным оружием (LIBA), разработанная фирмой Mofet Etzion Ltd (Израиль). Эта броня состоит из керамических элементов, которые стоят в резиновой матрице. Эта броня может производиться так, что она обеспечивает защиту от 14,5-мм бронебойно-зажигательных (API) боеприпасов, и имеет дополнительный резерв, заключающийся в том, что элементы изделия могут быть заменены после их повреждения. Панели, сохраняющие также определенную степень гибкости, и для более низких уровней могут изготавливаться практически в любой форме. Следовательно, она может использоваться для защиты личного состава (в бронежилетах), где, как и в Рекомендации, она обеспечивает защиту от многих попаданий благодаря своей многосегментной конструкции. Ее использование распространяется также на легкие броневые машины. Она использовалась на машинах «Страйкер» сухопутных войск США, находящихся на вооружении в Ираке и Афганистане.

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

фирмы Мофет Эцион, показаны открытые шарики керамической брони.

Рисунок 20 – Результаты испытаний стрельбы плиты LIBA

убедительно обеспечиваем возможность выдержки материала

доля мощности.

Другие новые методы разработки брони включают использование известных материалов, сортируемых по функциональным возможностям (КОЖПО). Конструкцию они исследовали в конце 1960-х годов и в последние годы опять вызвали интерес. FGM является единой структурой, которая максимизирует преимущества керамики тем, что поверхность будет твердой, а задние ударные слои металлических и, следовательно, обеспечивают хорошую пластичность и ударную вязкость. Это метод разрушителя/поглотителя, который мы ранее рассматривали. Такие материалы обычно изготавливаются из керамической передней панели, спеченной с последующими слоями с большим содержанием металла. Металлокерамические бетонные покрытия также могут использоваться и в качестве наружных (передних). Эти материалы представляют собой смесь керамики и металлических частей керамики. Например, лаборатория сухопутных войск США проводила эксперименты с моноборидом титана, который уплотнен в виде металлокерамики и состоит из семи слоев, каждый из которых имеет более низкую плотность титана в меньшей степени, как образец эффекта от передней панели (поверхности удара) к задней части. Задняя поверхность изготовлена ​​из чистого титана. Броня из алюминиевого сплава с облицовкой воздействия FGM обеспечивает защиту от 14,5-мм среды В32 по сравнению с катаной гомогенной броней (RHA). Потенциальным преимуществом этих материалов является то, что они могут обеспечить защиту от многих попаданий, чем сама керамика, однако современные данные говорят, что их характеристики все еще ниже характеристик более обычных броневых керамических материалов.

Композиционные материалы с металлической матрицей (ММС) также дали некоторую надежду на расширение возможностей, которые многие продолжают сохранять по сравнению с керамическими материалами. Один такой образец предлагает фирма Exote Oy. Она излучает композиционный материал с металлической матрицей на основе карбида титана, который, как заявляют представители фирмы, приводит к повреждению зоны, которая лишь на 20-30 % площади больше поперечного сечения пули. Композиционный материал с металлической матрицей применяется любым способом, в большинстве керамических материалов, соединенных с опорным усилием, либо со сталью, алюминием, либо с волокнистым композиционным упором. При ударе конус (рассмотренный ранее) расширяет зону охвата относительно большой площади поверхности, снижая таким образом энергию вращающейся энергии, действующей на опорный материал. Твердые частицы карбида титана (~ 1500 VHN) разрушают атмосферу, но благодаря относительно жесткой металлической матрице, в которую вставлены частицы, распространение трещин ограничено. Производители рекомендуют, что пуля WC-Co толщиной 7,62–51 мм может быть остановлена ​​броней с конструкционной осветительной продукцией 52 кг/м.², которая создала композиционный опорный элемент из волокнистого ароматического полиамида. Эти композиционные материалы с металлической матрицей могут производиться при использовании процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).

Рисунок 21 – Броня Exote фирмы Exote Oy разбивает пробивающий

юрисдикция и уголовная ответственность. Удар дробится и восстанавливается

по большей конусообразной поверхности, которая эффективно

выслушивает тяжёлую атмосферу.

Коммерческие варианты

В наши дни существует множество вариантов керамических плиток для приобретения систем индивидуальной защиты и полных комплектов защитной брони для легких бронированных машин. Фирма IB Deisenroth, в частности, объявила о предоставлении защитных решений на срок более 20 лет. Ранним вариантом применения ее брони является система MEXAS (модульная, поддающаяся определению система брони), устанавливаемая на канадский БТР М113 для действий в Боснии. Представители фирмы также установили подобную систему, разработанную фирмой Mowagмашину LAV III (8х8), опять же для канадских сухопутных войск. В обоих примерах броня из керамических плит MEXAS была успешно установлена ​​снаружи, в машинах из металлических корпусов. Эта броня установлена ​​также на боевую машину «Страйкер» США для обеспечения защиты от 14,5-мм бронебойных пуль, хотя в сообщениях говорится, что она не устанавливалась на машину во время мировой боевой подготовки, так как она добавляла массу машины 3 т.

Имеется также много поставщиков керамического сырья, хотя мы тестируем в Европе до некоторой степени ограниченные поставки материалов для горячего прессования. Керамика горячего пресса имеет небольшую прочность и обеспечивает защиту от огнестрельного оружия и, следовательно, определяет эти керамики заманчивы для изготовления брони. Однако спеченные керамические материалы, такие как Sintox FA фирмы Morgan Martoc, обладают длинной родословной при изготовлении брони. Фирмы МОН-9, ЕТЕС, ВАЕ Systems, Ceradyne и CoorsTek также производят большой ряд видов керамических материалов, обычно от плит типа SAPI до плиток брони для машин и самолетов. Однако ключевым моментом разработки комплектов керамических брони является успешная интеграция их в систему, которая защищается и, более того, гарантирует, что они надежны в боевых условиях.

Можно предположить проблему, которая беспокоит большинство командиров на поле боя, будет ли эта система защищена солдатами. Большинство может заложить свой опыт в отношении керамических фаянсовых материалов в том смысле, что они видели на кухне при разбиванянсовой посуде. Но что интересно, если не говорить об энергии противника с керамической броней с помощью кувалдов, большинство систем должны быть достаточно упругими, чтобы выдерживать сильные удары или износ.

Оценка

Несмотря на высокие характеристики керамических материалов, их не следует рассматривать как единственные магазины по обслуживанию систем защиты. Они все являются одними и теми же паразитами в природе и, следовательно, не могут внести существенный вклад в освещение машины. Причиной этого являются их неспособность выдерживать усталостную нагрузку на освещение и, в немалой степени, трудоемкость производства керамических деталей сложной формы. Кроме того, они обладают низкой прочностью, которую многие считают по сравнению с другими материалами, такими как сталь, титан и алюминий. При использовании металлов действие пробивания ограничено по площади до одной-двух калибровок по точкам, а при использовании керамических ударных материалов это воздействие распространяется на всю геометрию пластины, какой бы большой она ни была. Все это еще более важно, когда один из самых мировых мировых угроз исходит от огня, основанного на пулеметах, таких как российский 14,5-мм КПВ. Из-за этого оружия многие сотни пуль могут быть отключены по выбранному моменту за минуту, и, следовательно, в этих случаях требуется хорошая способность выдерживать напряжение. Однако керамические материалы имеют преимущество там, где маловероятные лишь единичные воздействия, например, в самолетах и ​​в применениях легких брони. В результате керамические материалы широко используются в сиденьях экипажей, полах бронированных вертолетов и транспортных самолетов. Например, фирма ВАЕ Systems разработала монолитное ковшеобразное сиденье для летчика вертолета UH-60M, изготовленное с использованием керамических материалов. Сиденья были изготовлены из карбида, а опоры из кевлара для вертолета АН-64, а также самолета С-130. Использование керамической брони для сидений экипажа стало почти контролируемым методом защиты экипажа, и получилось керамика, нанесённая одним из первых ударов военнослужащими – вылеты вертолётов во Вьетнаме.

Рисунок 22 – Задняя сторона толстой керамической плитки, которая

получила удар высокоскоростной пулей. В этом случае пуля

была полностью остановлена, однако повреждение

распространялось на всей площади плитки.

Керамические материалы также становятся менее привлекательными, когда броня наклоняется. Размещение металлических броней под прямым углом на боевых бронированных машинах было общим положением со времен Второй мировой войны, например, на танках, таких как Т-34. Однако преимущество, которое может быть установлено металлической плитой, закрепленной под углом к ​​подлетному миру, не используется таким же образом с керамикой. В металлической брони эффективная камера увеличивается с увеличением угла. Следовательно, окружающая среда должна пробивать большее количество материала и одновременно использовать полярные направления благодаря высоте брони. Керамический материал под прямым углом также увеличивает толщину материала по линии прицеливания окружающей среды. Однако когда окружающая среда входит в соприкосновение с броней, полусферическая волна исходит из точи удара, но отражается в границах разделения между керамикой и опорным слоем в направлении, опорном граничном разделении. Следовательно, нестабильная волна предложений не имеет отношения к преимуществу наклона. В условиях сопротивления керамические материалы не всегда плохо воспринимаются под острыми углами, но, правда, они не поступали так хорошо, как думали или надеялись. Кроме того, они усиливают рикошетирование при больших углах наклона.

Будущее

Так куда можно применить керамические броневые материалы? Для начала улучшения возможности выдерживать напряжение батареи уже в настоящее время можно осуществить путем включения керамических материалов в подходящую оболочку путем рассредоточения керамики в конструкциях типа матрицы (например, LIBA), с помощью стандартных размеров, как это используется в мозаичных конструкциях брони, или путем использования менее консервативных, но более упругие карбидные материалы с прочной связью. Следовательно, любое поступательное изменение в характеристиках материала приводит к упругому и все же твердому материалу, который позволяет выдерживать последующие удары других планет. К сожалению, в отношении керамических материалов существуют общие правила, чем больше вы делаете материал, тем более хрупким он становится.

Другие успехи могут быть достигнуты в результате обработки и, в частности, в снижении стоимости керамических материалов более высокого уровня, таких как диборид титана, карбид кремния и прозрачные керамические материалы, расположенные выше. Альтернативно, успех может стать лидером, когда исследователи начнут лучше понимать роль задержки и ее поддержки. Или могут появиться методы лучших соединений, которые дадут возможность соединить керамику с металлической опорой без использования полимерных клеев. В любом случае, вероятно, будет небольшая исходная точка увеличения их твердости. В конце концов, они все же являются одними из самых органических веществ. И значительно тверже окружающей среды, которую они мешают.