В настоящее время существует непрерывно возрастающая потребность в более легикиох габаритам боевых бронированных системах. Ожидается, что боевые бронированные машины будут легче и меньше по габаритамарита повышенным требованиям к лучшей стратегической мобильности. Этому способствует современная броневая керамика, которая является очень промирным фактически она обладает значительно более высокими характеристиками по сравненияиЎ с и самыми прочными сталями. Это полезное свойство может быть использовано для брони, в которой снаряд (пуляд) кумулятивная струя прилагают сжимающую нагрузку на материал.
Западные вооруженные силы увеличивают свое присутствие за границей, где основная уза представлена значительным распространением тяжелых пулеметов (НMG) или выстреливаемым плечо противотанковых средств типа РПГ. Эtu проблему часто усугубляют политические и (или) оперативные требования, вытиролонене главным образом использования легких боевых бронированных машин, основносном ко своей конструкции и ограничениям по массе отличаются довольно низким уровннем брованем огнестрельного оружия (обычно от 7,62-мм оружия). В связи с таким положением возникает требование к производству брони, обложением защиту личного состава при одновременном сведении до минимума ее полной массы.
Хорошая защита в сочетании с малой массой играет важную роль в собственной заще состава, об этом знает любой солдат, ведущий боевые действия в Ираке или Афанананана. Взять, например, личный бронежилет (IBA) сухопутных войск США. Первоначальная его концепция состояла из верхнего тактического жилета (OTV) и дохидвус керамических вставок, спереди и сзади защищающих солдата от поражения стрелкорувымSA Однако из-за серии смертельных случаев в Ираке a Афганистане v IBA был внесен ропленд. Самым значительным из них была боковая защита от огнестрельного оружневоя (ESBI), Slovinsko улучшенными боковыми вставками, а также расширенная защита с дополнительными поиоже закрывающими плечи. Для этой цели были использованы пластины SAPI a ESBI, которые обеспечивают лучшуютузиту винтовочных пуль с высокой начальной скоростью. Этот уровень улучшенной, но легкой защиты был достигнут только при испольизикеванной 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
na авиационной базе Wright-Patterson, шт. Огайо. Этот бронежилет включает новую форму керамических пластин, которые могут выдержат
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» s глиняной или фаянсовой посудой посудой, посудоой, используют дома, или кафелем, используемым на стенах ванной комнаты. Керамические материалы использовались в домашних условиях тысячелетиями, оделитиамати стали началом керамических материалов, которые применяются в настоящее времериованЅованов машинах.
Слово «керамика» обозначает «обожженные вещи» a фактически современная машиностронает подобно своим двойникам на базе глины, требует для своего производгствате значниче Однако главной разницей между керамикой, которую мы выбираем для исполятвзевани брони, и керамикой, которую мы находим дома, является прочность. Современные броневые керамики являются очень прочными материалами и фактичерикиски могут быть значительно прочнее, чем имеющиеся самые прочные стали (см. Табл. ). Это полезное свойство используется для брони, в которой снаряд или кумулятитивнаруа сжимающую нагрузку на материал. Керамики, конечно, имеют «Ахиллесову пяту». Они слабы на растяжение и, следовательно, они способны выдерживать только оченичиноматвененьно деформации (удлинение до разрушения), как показывает Таблица 1. Это объямналитиче структуре очень маленьких трещин, которые, когда подвергаются локализяванным силнем силнем силнем являются источником катастрофического разрушения. Это тип разрушения, с которым мы знакомы очень хорошо при падении обеденоной обеденной кухни. Следовательно, их использование в системах брони должно тщательно обдумывать
Таблица 1 – Некоторые свойства броневых керамик по сравнению с катаной гомогенной броневых
| RHA | Oxid hliník (vysoký čistota) | Karbid kremnia | Diborid titán | Karbid bora | |
| Objemová hrúbka (kg/m²)3) | 7850 | 3810 – 3920 | 3090 – 3230 | 4450 – 4520 | 2500 – 2520 |
| Модуль Юнга (Гпаскаль) | 210 | 350 – 390 | 380 – 430 | 520 – 550 | 420 – 460 |
| Tvrdosť (VHN*) | 300 – 550 | 1500 – 1900 | 1800 – 2800 | 2100 – 2600 | 2800 – 3400 |
| Zdĺženie do rozrušenia (%) | 14 – 18 rokov | < 1 | < 1 | < 1 | < 1 |
| *VHN = число твердости по Виккерсу | |||||
Керамики в броневом применении работают в значительной степени как элементы устроваров конструкции многослойной брони. Целью этих материалов в конструкции многослойной брони является разрытевал на осколколков снаряда или быстрое ослабление его. Другими словами, кинетическая энергия снаряда рассеивается броневым матерниалом радматерниалом рассеивается осколки и перенацеливая энергию получающихся v результате осколков в сторозону отим конструкции. Другие элементы в многослойной конструкции будут действовать как «поглотителион», поглощают кинетическую энергию снаряда за счет пластической деформацистиликирами образом превращая ее в более низкую форму энергии, takkuю как теплота.
Рисунок 4 – Механизм поражения пробиванием плиты
композитной/гибридной брони.
Большинство систем брони оптимизировано для «разрыва» a «поглощения» кинетическинорй подлетающего средства угрозы. Так, возьмем 7,62-мм/39 пулю АК-47. Примерно 6 мм подходящей керамики, связанной с полиамидной тыловой стороной, Kevтlarоной было бы достаточно, чтобы вызвать значительное разрушение сердечника пули. Разбивание сердечника связано также с радиальной дисперсией. То есть, осколки сердечника приводятся в движение перпендикулярно, когатс снаряда пробить систему. Эto уменьшает плотность кинетической энергии снаряда (кинетическая энергения, денергения площадь поперечного сечения снаряда) и, следовательно, уменьшает.бнробспосою
Начало первого исследования в области типов брони, облицованной керамикой, меожонтет периоду как раз после первой мировой войны, когда в 1918 году майор Невилул Монрий экспериментально наблюдал, что 0,0625 дюйма твердой эмали, нанесенной нагердой подал удару сторону стальной цели, увеличивало ее защитные возможности. Несмотря на это раннее открытие, применение керамических материалов является отноноския способом повышения защитных свойств в таких странах, как Великобритания. Однако этот способ нашел широкое использование в Советском Союзе и военнослужах время вьетнамской войны. Здесь использование керамических материалов вызвано попыткой уменьшить потери вертолетов. Например, v roku 1965 году вертолет UH-1 HUEY был оснащен комплектом композитной бтронер с покрытием (HFC), используемым v бронированных сиденьях пилота и второго пилота. Сиденья обеспечивали защиту от 7,62-мм бронебойных (АР) боеприпасов снизокио, снизокио благодаря использованию облицовки из карбида бора и основания из стекловолокна. Карбид бора является одной из самых легких керамик, которые могут испольсоватовользеват хорошей причине). Он имеет примерно 30 % от массы стали того же объема и в то же время величинуостину твер обычно в шесть раз больше твердости катаной гомогенной броневой стали (см. Табли).
Рисунок 5 – Сиденья вертолетов являются типичным примером применения
керамической брони. Názov: сиденья вертолетов TIGER (фирма BAE Systems Advanced Ceramics Inc.), AH-64 APACHE, v котором используется
карбид бора жесткого прессования (фирмы Simula Inc.)
a MH-60 BLACKHAWK (фирма Ceradyne Inc.).
Конфликт, конечно, дал подъем новым идеям, а необходимость защитить экиверта привела к обширным исследованиям. Именно эта работа, выполненная учеными США в 1960-е годы, создала базутовая соваря енными настоящее время характеристик керамической брони.
Механизм воспрещения пробивания преграды снарядом
Прежде чем углубиться v изучение современных успехов в технологии керамическонов рассмотреть механизмы, за счет которых система на базе керамики способна разрушнат. Ранняя работа М. Л. Уилкинза a его коллег из лабораторий США создала основу для понимания тоскио, четого, четого происходит, когда пуля стрелкового оружия наносия наносит удар по цели с керамическим перамическимит
В момент удара ультразвуковые волны нагрузки распространяются в керамику и вдоль сенрдоль сенрполь Волны в обоих этих материалах разрушаются, для керамики это становится пройлолемая сталкивается с периферийной поверхностью раздела или на самом деле со связуюдела или на самом деле со связуюдела или на самом деле со связуюдела или керамикой a ее защитным слоем. Большинство типов керамической брони в настоящее время создается при испольиозоговальиозо связующего материала, который по своей природе имеет низкую жесткость и плотност. На поверхности раздела керамики/связующего материала происходит сильное эластиотичники которое разбивает керамический материал. Кроме этого, происходит сильная сдвиговая волна, которая буквально « расстегивает кает полимерный связующий материал и, следовательно, отсоединяет керамическую плиотреку Однако в это время материал под средством пробивания сжимается; конические трещины исходят от места удара и это они ведут к образованию конутарвимата большинстве случаев, распространяет нагрузку от пули по более широкой площадихринощадихрнощади. 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
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 обеспечиоваевае пробиванию. Высокая твердость оказывает снаряду большое сопротивление, форсируя его замедледу. Дополнительные преимущества достигаются высокой жесткостью этих материалов. Машиностроительная керамика обычно в два раза жестче стали; жесткость увеличивает свойство, называемое акустическим сопротивлением, кототурое возываемое интенсивность сверхзвуковой волны, воздействие которой направлено назад по стержаню стержаню Это очень важно, так как керамика с высоким акустическим сопротивлением приводисикововес воздействия ультразвуковой волны на снаряд, вызывая его повреждение при растияжени
Против кумулятивных струй, таких как образуемые гранатами РПГ-7, керамическиетие малых обладают магической способностью противостоять пробиванию. Разгадкой здесь является охрупчивание (хрупкое противодействие) материала. Когда кумулятивная струя проникает в керамику, она разбивается на очень мелкикикионсколкикие онсколкикие онсколкикие онсколкикие онсколкикие она разбивается для материала проникающей струи районе. Следовательно, каверна, которая образуется под воздействием кумулятивной струи, яеяятивной струи относительно бесформенной и струя теряет свою форму, козда она стремится тройтитирет majster. Интересно, обнаружено, что обычное флоат-стекло (то есть стекло, которое находится в домов) takkже является эффективным в качестве броневого материала против куйулулят Однако следует подчеркнуть, что эти высокие показатели проявляются анснсри соотино массу, если сравнивать со сталью. Следовательно, потребуется довольно большая толщина стекла для обеспечения довольно защиты. Оконное стекло толщиной 3 мм не устоит против струи гранаты РПГ-7!!
Однако интересная концепция была предложена на 13-ом европейском симпозиовоме бронированным машинам (AFV), проводимом университетом Cranfield University v военной академии Велитиленоб Велитикеноб mája 2008). Во время этого симпозиума профессор Манфред Хелд (изобретатель взрывной) реана обсуждал возможность создания прозрачной взрывной реактивной брони, ERA, тойтонь, во есотроной v качестве материала противодействующей плиты используется стекло. Если бы использовалась прозрачная взрывная жидкость вместо обычных составов , бы производить полностью прозрачную систему ERA. Однако, как подчеркнул профессор Хелд, эта система будет очень тяжентой, такикатой (основной броневой защиты) должна быть очень толстой и достаточно жестнканой, тобыть чтекой воздействовала на сидящего за ней члена экипажа, когда детонирует взрывеватовое защиты. Толщина неподвижной задней плиты должна быть порядка 150 – 200 ммм по сравснени0Ѽ передней противодействующей плиты.
Керамические материалы обладают также хорошим механизмом упрочнения псреринине более высоких скоростях поражающих элементов. Это особенно полезное свойство при воздействии кумулятивной струи, так как строчной этом случае, значительно увеличивается при этих очень высоких темпах нагрузких. Это хорошее свойство для разработчика брони. По мере увеличения прочности возрастает сопротивление пробиванию и, следовательнуно, следовательрино все труднее пробивать такую преграду. Именно этот механизм упрочнения делает эти материалы особенно ценными в остановов самоформирующихся поражающих элементов типа «ударного ядра» (EFP). Недавно боевые части на базе EFP привлекли серьезное внимание благодаря испольЎое повстанцами в Ираке, имеющими значительные запасы противотанковых мин советскорй используются элементы EFP. Обычно оболочки таких зарядов делаются из пластичных металлов, например, например, нигроййзер стали или меди. Получающийся в результате подрыва поражающий элемент состоит в этом случае и деформированного куска металла, очень эффективного благодаря высокой скорости, элементы относительно мягкие. В более усовершенствованных элементах EFP используется тантал (очень дорогой зетартал использования v мобильных телефонах). Однако твердость керамики делает ее заманчивой из-за способности вызывать значе противодействие сильному удару EFP. Одним из примеров керамической брони для защиты от EFP является плита, устанавливливананавлия некоторых машинах под днищем для защиты от мин.
Рисунок 7 – Компоненты керамической брони фирмы Coors-Tek
для применения в броне машин.
Рисунок 8 – Машина BULL класса MRAP II, разработанная фирмами Oshkosh
и Ceradyne, отличается большим использованием керамической брони для
обеспечения защиты от зарядов типа «ударное ядро».
Керамические материалы для применений на поле боя
Oxid hliníka
1980-е годы в большинстве систем защиты на основе керамики, которые использовалисе употреблялся оксид алюминия, известный иначе как глинозем (oxid hlinitý). Оксид алюминия относительно недорогой в производстве и даже довольно тонкизентие нленкия его базе могли остановить пули стрелкового оружия, выстреливаемые с высокой скоростьью. Как отметил v roku 1995 году С. Дж. Роберсон из фирмы Advanced DefenceMaterials Ltd, имеются значительные улучшения характеристик систем систем использовании оксида алюминия по сравнению с другими керамическими/коматозицимионни А при использовании систем с карбидом кремния и карбидом блора дополнителсакачительная характеристика мала при значительных дополнительных затратах. Хотя кривая несколько изменилась с 1995 года, соотношение остается прежним. Существует оптимальное по высокой стоимости решение для относительльно небнольшого баллистической характеристики. Однако преимущество добавленной защиты от огнестрельного оружия (хотя и нетожоль быть заманчивым, если требуется минимальная масса, например, в самолетных илни (индивидуальных) системах защиты.
Рисунок 9 – Поверхностная плотность различных типов материалов,
требуемая для защиты от 7,62-мм бронебойных пуль,
по сравнению с их относительной стоимостью.
Оксид алюминия широко используется в системах индивидуальной защитажаты личосногов системах защиты машин. В Великобритании первая система защиты для личного состава массового производвстроизводвстроизвод использовались керамические плиты, была введена в Северной Ирландии. Базовая мягкая система защиты, известная как боевая личная броня (СВстиа), явестная как боевая личная броня (СВсвети) состоит из основного элемента из найлонового и полиамидного волокна, кототоровому 1-kг плиты из композиционного материала с полиамидным волокном, облицованнымикера обеспечения защиты сердца и основных органов от высокоскоростных винтовочных 0см.1 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 алюмининия отитановов пуль стрелкового оружия при относительно хорошей эффективности по массе, своЌнпы керамической брони нашли другие керамические материалы. Самым известным является карбид бора – материал, который впервые использован -е в 19.60 в 19.6. Он невероятно твердый, но также невероятно дорогой и поэтому он испольсазуетсятовом эkstremalnыh условиях, в которых желательно компенсировать несколько грамсвормыймармать структуры, например, как в сиденьях экипажа самолета V22 OSPREY. Другой пример использования карбида бора был в производстве системы усилениной усилениной (ЕВА). Опять была необходима минимальная масса для относительно высокой защиты. Она была введена британскими сухопутными войсками для обеспечения защиты, 7 z от 12 стальным сердечником и содержала в себе комплект «тупой травмы». Тупая травма происходит, когда защита не пробивается, но передача изыпульсавева узащита не пробивается большую деформацию в слое опоры, ведущую к ушибам, серьезным травамам охдованы охдованы смерти.
Карбид бора производился фирмой BAE Systems Advanced Ceramics Inc. (официально Cercom) a интегрировался всиде защищающих от стрелкового оружия (SAPI), v 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 высокими характеристиками. Однако кроме невероятной твердости, которой обладает этот материал, и егойо неверонити потности, он имеет один потенциальный недостаток. В последние годы есть некоторые основания предполагать, что он не будатет даротштвоваротштвововаротштвововаротштвовования как ожидают, при пробивании высокоскоростными пулями с плотным сердечником. Это, как полагают, обусловлено физическими изменениями, которые происходятогт смар он подвергается сильному удару, вызываемому этими боеприпасами. Фактически при испытании с неопределенным алюминиевым материалом в качестве оситоры предполагать, что против особых снарядов на базе карбида вольфрама определеннаределеннардаределеннада бора действуют также хорошо, как и преграды из окисла алюминия. Это несмотря на бólьшую твердость карбида бора. Обнаружено также, что когда карбид бора связан с слоистым пластиком, армирововонным, армирововонным происходит явление «разрушения промежутков». Это происходит там, где обнаруживается двойная скорость V50 (скорость, при котожеро 50 % снарядов полностью пробьют цель). Раскрытия (действия) двойной скорости V50 обычно объясняются переходом отивианром неповрежденным снарядом к поражению цели разрушенным снарядом на более выскокиох Однако работа научно-исследовательской лаборатории сухопутных войск США показотва, показотала, pre большей скорости V50 na композиционный материал, облицованный карбидом порора,дит порора связи с изменением в процессе образования осколков керамики. Тем не менее, вывод из этих результатов означает, что толщина плиты из карбтатов означает, что толщина плиты из карбтатов означает больше, чем первоначально ожидали, чтобы защищать от этих плотнсных сердровечной высокой скоростью. Имеется много данных, которые показывают, что карбид бора является хорошимкеке материалом для 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.
Karbidový krém
В последние годы другие керамические материалы также показали значительнусперки обеспечении защиты от огнестрельного оружия, но ни один из них не оказался боле чем подверженные горячему прессованию образцы карбида кремния, которятозвопроиму США, tak isto ako BAE Systems a CeradyneInc. Фирма Ceradyne, в частности, имеет длинную родословную v производстве керамическитоплих плихо применения с целью защиты, будучи вовлеченной в этот процесс с 1960-х годов. Этот материал производится под объединенными нагревом и давлением, чтонтовотиоверный прочное изделие, которое, как доказано, обеспечивает высокое сопротивление прибиопано стрелкового оружия, а также снарядами APFSDS. V období pred 2000°С.
Карбид кремния, в частности, показал невероятное сопротивление пробиванию, возалунннию, вызалуннное известным как задержка во времени. Говоря просто, «задержка во времени» это, когда снаряд, кажется, буквально сидиди «задержка») на поверхности керамики некоторое время после удара. Это явление, которое можно видеть при использовании технологий высокоскоростногиой вспышке рентгеновского луча, вызывается главным образом тем, что клерамика предеся предеся прочной, чем снаряд, и, следовательно, снаряд начинает течь радиально по пиоскерх Хотя это явление наблюдалось в начале 1990-х лабораториями сухопутных воШеск СеуСвеск пытаются разъяснить механизм, которым оно поддерживается в керамике. Однако известно, что «длительное» удержание является ключом, вызывающим это Одним способом, которым этого можно достичь, является использование тирпопо прессования для капсулирования керамики с помощью металлических накладок. Следствием этого процесса является вызывание высоких сжимающих напряженимеййй материале посредством теплового рассогласования металлических a керамических сленио. Эта предварительная нагрузка в конечном счете обеспечивает керамике преимущество. Второе преимущество обеспечивается окантовкой керамического материала металимичинеский увеличением возможности выдерживать многочисленные попадания. Это ограничение действует для сохранения всех осколков в едином обълеме и, слечоваветичинавеветиония эрозийную способность брони при дополнительных выстрелах.
Относительно недорогой карбид кремния может производиться также посредстром известного как соединение реакцией. Этот процесс обеспечивает точный размер керамического изделия, тогда какинитируго методы обработки не позволяют получить этого из-за высоких температур и давлентур В этом случае химическая реакция является основой для производства керакигеская Реакция соединяет исходные материалы керамики, используемые для определенпровирвов низкой угрозе. Однако часто в структуре керамики откладываются побочные продукты в форме «пудыринІя которые могут образовать слабые места в керамике. Для карбида кремния, полученного соединительной реакцией они принимают вимникре относительно мягкого материала.
Рисунок 14 – Микроскопическая структура (сверху вниз): связанного
реакцией карбида кремния, спеченного карбида кремния и карбида бора.
Рисунок 15 – Новая гусеничная боевая машина PUMA является одной из
нескольких машин, которые защищены элементами керамической брони SICADUR (карбидикрем) CeramTec-ETEC. Эта машина
находится на вооружении германских сухопутных войск.
Другие композиционные материалы
Другие керамические материалы, например, нитрид кремния a нитрид алюминия пиокаоненалы малую перспективу в деле производства керамической брони.
Имеются сообщения, что нитрид алюминия был принят на некоторых бронированных наронированных на ani nemnoho. Нитрид алюминия является странным материалом, эта странность заключается втотом, лучше при увеличенных скоростях удара (обладает высокой стойкостью), одчако пристью скоростях, встречаемых на сегодняшнем поле боя, он обладает относительнойстельно низотко
Керамический материал с карбидом вольфрама также рассматривался для применсения вольфрама защиты и, хотя он относительно дорогой и довольно плотный (nezaložené na кремния), он очень прочный и вызывает высокое акустическое сопротивление удару. Это последнее свойство является главным и используется в защитных устройствах возбуждения в стержне пули напряжений большой амплитуды, что в конечнетикев счечнетиом разрушению. Полагают, что только объектам с относительно тонкой броневой защитой, требуюесЏебуюеяемечентельно стойкости от обстрела бронебойными (АР) боеприпасами, такой материал можетечестет обестет обести потенциальные возможности экономии заброневого пространства, когда масса не явля определяющей.
Прозрачные керамические материалы
В последние годы проведена значительная работа по поиску альтернативы пулимтойтойка остекления, которые используются (в качестве ветрового стекла) на таких машинах, каках, кашинах Современные традиционные прозрачные системы являются относительно тяжелыми, осонобена требуются для защиты больших секций (окон). Это вызывает проблемы при разработке защиты легких машин. Традиционно системы остекления таких машин состоят из нескольких слоев стекла, казождырт отделен полимерным слоем a удерживается поликарбонатным слоем. Эти типы систем могут иметь массу do 230 кг/м2при толщине 100 мм для обеспечения защиты уровня 3 по стандарту STANAG Úroveň 3 (od 7,62-пу Стекло для окна размера машины Toyota LandCruiser a толщиной 100 мм составляет массу примерно 250 примерно стальные пазы необходимой толщины для его установки. Общая масса полной системы должна быть, вероятно, значительной.
Прозрачные керамические материалы обеспечивают заманчивую альтернативус пулимтойка остекления, tak как эти материалы имеют присущую им твердость, которая гораздотверобор оконного стекла. Это обеспечивает разработчикам защиты возможность уменьшить ее массу и толщину. В настоящее время существуют три жизнеспособных варианта материала для испольных прозрачных элементах защиты, ими являются оксинитрид алюминия или ALON, алюгнело шпинель или шпинель и однокристаллический оксид алюминия (сапфир).
Оксинитрид алюминия или ALON может быть получен в качестве прозрачной поликрисекталий путем обработки технологических маршрутов, которые используются для получобыния непрозрачной машиностроительной керамики. Обычно ALON будет производиться из предварительно синтезированного поротерка, коутором может 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 порошока горячего прессования, либо путем спекания без давления. Кроме того, для улучшения механических свойств и прозрачности требуетсятиеорея требуетсятиеорея прессование образца. Этот процесс включает одновременное применение к образцу равномерного давления гавления Основным преимуществом по сравнению с одноосевым горячим прессованием являетотнсядляетнсе применяется одинаково во всех направлениях, а не просто в одном направлении. Результатом этого являются бólьшая однородность материала и микроструктуры преимущественной ориентации, что приводит к более высоким прочности и прозирачности.
Рисунок 17 – Многочисленные попадания 7,62-мм/54R пулями Драгунова
v 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 дорогостоядитими в повеве значит, что их использование все еще резервируется для очень малых областеЏвания Однако германская фирма IBDeisenroth Engineering продолжает развивать этот тип технологиит разорабо изделий АМАР (перспективной модульной броневой защиты). В своем изделии АМАР-Т, где Т означает прозрачная, фирма использует пырозерачныезет прозрачная материалы для повышения защиты до уровня 4 по стандарту STANAG. Эти данные означают, что этот тип защиты сможет успешно остановить маногочислунулунтия близкого расстояния 7,62-мм/54R бронебойными боеприпасами Драгунова со стальеныЇними Достижение защиты уровня 4 по стандарту STANAG с помощью прозрачной брочи являпетс являпищи явлюе при наличии угрозы нанесения удара 14,5-мм/114 пулей В32 с расстояния 200 мм рсрист9 ско
Nové podhody
В отличие от средств защиты для личного состава (бронежилет) броня машинят не огаранне потребностью в гибкости; скорее обычно желаемыми качествами являются способность выдерживать пособность выдерживать погоненипи a обеспечить ремонтопригодность. Ранние способы использования керамических материалов включали заделку керамическевихреске переднюю часть отливок башен советских основных боевых танков для обеспечениония обеспечениония эрозии бронебойного снаряда. Это занятие интеграцией продолжалось с некоторыми танками Т-72 a Т-80. Однако большинство керамических систем изготавливалось как дополнительный ком,полнительный ком. система элементов брони, которые могли крепиться к корпусу машины. Эти дополнительные комплекты состоят из керамических материалов, используемычих в. слоями других материалов, которые обычно не видны пользователю.
Одним таким примером является система LAST (техника легкой дополнителььной система использовалась морской пехотой США на машинах LAV (8х8). Система брони LAST состоит из шестигранных модулей керамической брони, которые ксрепяпутсрепя машины с помощью клея, склеивающего при надавливании. Плитки могут укладываться (слоями) для повышения уровня защиты, затем посрижет баллистическая обшивка для управления сигнатурой. Были разработаны подобные образцы, в которых использовались крепежные крюлутисти пепевеки керамических плиток на бортах машин с целью снижения сложности работ на театреййенстре военсности боевой обстановке).
Такой метод крепления использовался в 1990-е годы с броней ROMOR-C фирмы Royal Ordnance (теперперт) группы BAE Systems). Эта броня состояла из слоев керамики из оксида алюминия, приклеенных к GFRP(стеклопластиковой)/алюминиевой конструкции. Обнаружено, что этот тип соединения, который используется, в производстве бронония является вполне решающим, и замечено значительное снижение характеристиктик, еслиозовеве использует правильный клей. Обычно желательна хорошая прочная связь, которая не допускает никакомежже сколь задней поверхностью керамики и конструктивным элементом, с которым она соединена. Хотя какая-то работа, направленная на совершенствование качеств клея и производиолась, относительно малый успех. Другие преимущества могут быть достигнуты путем тщательного выбора геометритик . Например, шестиугольные плитки удовлетворяют требованиям (см. систему LAST), так косв как минимума разрушительные действия границ. Недавно научно-техническая лаборатория министерства обороны Великобритании запалатении шестиугольный элемент для использования v мозаичной компоновке. Этот особый элемент имеет выступы, которые отделяют его от соседних, предотвраята распространение «повреждения» (ударной волны) по броне.
Предотвращение распространения ударной волны от плитки к плитке не является новей ийдей идитки некоторые будут утверждать, что она уступает разумному решению СоветскоЏто Союза керамические сферы в башни его танков. Одной из более успешных систем брони, в которых используется этот метлод, ятовля усовершенствованная броня, защищающая от поражения огнестрельным оружниезя (LIBA), раборатиез фирмой Mofet Etzion Ltd (Израиль). Эта броня состоит из многочисленных керамических элементов, которые вставляютрея matriču. Эта броня может производиться так, что она обеспечивает защиту от 14,5-мм бронебойно-зажигательных (API) боеприпасов, имеет дополнительное преюмуюестевоаююестевоаююестевоаююестевоаююестевоаююестевоаю v tom, что отдельные элементы могут быть заменены после их повреждения. Панели сохраняют также определенную степень гибкости и для более низкитыт урованей урованей составляться почти в любой форме. Следовательно, она может использоваться для защиты личного состава (в бронеЅиле, бронежиле утверждают, она обеспечивает лучшую защиту от многих попаданий благодорей благодаря многосегментной конструкции. Ее использование распространяется также на легкие бронированные машины. Она использована на машинах Stryker сухопутных войск США, находящихся на воиоруже Афганистане.
Рисунок 19 – Крупный план модуля брони LIBA (легкой усовершенствованной бронит, заюеЉитт поражения огнестрельным оружием) израильской
фирмы Mofet Etzion, показаны открытые шарики керамической брони.
Рисунок 20 – Результаты испытания стрельбой плиты LIBA
убедительно демонстрируют способность материала выдерживать
многочисленные попадания.
Другие новые методы в разработке брони включают использование того, чтато известрно сортируемые по функциональным возможностям (FGM). Первоначально они исследовались в конце 1960-х годов и в последние годы опятива вырять FGM является единой структурой, которая максимизирует преимущества керамики темтпочновтем, чентортом удара будет твердой, а задние слои будут металлическими и, следовательно, обиовахюритевапе пластичность и ударную вязкость. Это метод разрушителя/поглотителя, который мы ранее рассматривали. Такие материалы обычно состоят из керамической передней панели, спеченной сспослимими с бólьшим содержанием металла. Металлокерамические разрушающие слои могут так же использоваться в качестве нарух). Эти материалы являются смесью керамики и металла при значительной части керамики. Например, лаборатории сухопутных войск США провели эксперименты с монобторитонты с монобторитонты уплотнен как металлокерамика и состоит из семи слоев, каждый с более высокитим содепиожанериерманериерманерие того, как образец рассматривается от передней панели (поверхности удара) к задней. Задняя поверхность состоит из чистого титана. Броня из алюминиевого сплава с облицовкой материалом FGM обеспечила лучшуютуту зоачшутим снаряда В32 по сравнению с катаной гомогенной броней (RHA). Потенциальным преимуществом этих материалов является то, что они моььтут обевапе защиту от многих попаданий, чем сама керамика, однако современных данные говор характеристики все еще ниже характеристик более обычных броневых керамических материал.
Композиционные материалы с металлической матрицей (ММС) также подали некоторух обеспечении увеличения возможностей выдерживать многие попадания по сравснении материалами. Один такой образец предлагает фирма Exote Oy. Она произвела композиционный материал с металлической матрицей на оснатове катрбий как заявляют представители фирмы, обеспечивает зону повреждения, которая лоаьшь 30 % площади поперечного сечения пули. Копозиционный материал с металлической матрицей применяется способом, понодом большинству керамических материалов, соединением с опорным материалом, либо сиь ста либо с волокнистым композиционным материалом. При ударе конус (рассмотренный ранее) распространяет нагрузку снаряда по относительноа блььноа бльно поверхности, снижая таким образом плотность кинетической энергии, действующой majster. Твердые частицы карбида титана (~ 1500 VHN) разрушают снаряд, но благодарят относитете металлической матрице, в которую вставлены частицы, распространение трещин ограничено. Производители утверждают, что 7,62-мм – 51 мм пуля WC-Co может быть остановлена бытановлена конструкционной плотностью изделия 52 кг/м2, которая создана композиционным опорным материалом с волокном из аромаматическогого. Эти композиционные материалы с металлической матрицей могут производитьсионпиония процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (SHS).
Рисунок 21 – Броня Exote фирмы Exote Oy разбивает пробивающий
снаряд a исключает поражение. Удар дробится a распределяется
по большей конусообразной поверхности, которая эффективно
поглощает энергию снаряда.
Комерческие варианты
В эти дни существует много вариантов керамических плиток для приобретения систитенм полных комплектов защитной брони для легких боевых бронированных машин. Фирма IB Deisenroth, v частности, известна обеспечением защитных решений в течение свыше Ранним примером применения ее брони является система MEXAS (модульная, поддеиенщ система брони), устанавливаемая на канадские БТР М113 для действий в Боснии. Представители фирмы установили также подобную систему на разработанную фирмой 8 Mowag8 опять же для канадских сухопутных войск. В обоих этих примерах броня из керамических плиток MEXAS была успешно установлена установлена металлических корпусов машин. Эта броня установлена также на боевую машину Stryker США для обеспечения затщиты, 5-оммзатщиты бронебойных пуль, хотя в сообщениях говорится, что она не устанавливается на на на на на мая мирной боевой подготовки, так как она добавляет к массе машины 3 т.
Имеется также много поставщиков керамического сырья, хотя мы испытываей в поровем в поровревре степени ограниченные поставки материалов горячего прессования. Керамика горячего прессования имеет тенденцию быть прочнее и обеспечиватшуалуь огнестрельного оружия и, следовательно, эти типы керамики заманчивы для созданино Однако спеченные керамические материалы, такие как Sintox FA фирмы Morgan Martoc имеют длиндую ров создании брони. Фирмы МОН-9, ЕТЕС, ВАЕ Systems, Ceradyne a CoorsTek также производят большой ряд видовикрав материалов обычно от плит типа SAPI do плиток брони для машин и самолетов. Однако ключевым моментом разработки комплектов керамический брони являетсегшянтся усинпея их в систему, которая защищается, и, более того, гарантия, что они надежных в боиоевывы
Можно предположить одну проблему, которая беспокоит большинство командировов на ли эта система защищать солдата. Большинство может основывать свой опыт в отношении керамических материалов начитом, кухне при разбивании фаянсовой посуды. Но интересно, не говоря об обращении с керамической броней с помощью кутощью кутвалсистебвалды должно быть достаточно упругим, чтобы выдержать сильные удары или износ.
Hodnotenie
Несмотря на высокие характеристики керамических материалов они не должны рассматривать единственный магазин магазинов по обслуживанию систем защиты. Они являются все же паразитическими по природе и, следовательно, не мщойтутьнылут сдел вклад в конструкцию машины. Причиной этого являются их неспособность выдерживать усталостную нагрузокина нагрузокинана v меньшей степени, трудность производства керамических деталей сложной формы. Кроме того, они обладают пониженной способностью выдерживать многгие попиаданной другими материалами, такими как сталь, титан и алюминий. При использовании металлов действие пробивания ограничено областью до одрового-бластью точки удара, а при использовании керамических материалов это действие распространяате геометрию пластины, какой бы большой она ни была. Все это еще более важно, когда одна из самых многочисленных современных угорогор тяжелых пулеметов, таких как российский 14,5-мм КПВ. Из этого оружия многие сотни пуль могут быть выпущены по выбранномут местуны следовательно, в этих случаях требуется хорошая способность выдержинвать миноме попадания. Однако керамические материалы обеспечивают преимущества там, где верочнытны лишне попадания, например, v самолетах a v применениях тяжелой брони. В результате керамические материалы широко использовались в сиденьях экипижей бронированных вертолетов a транспортных самолетов. Например, фирма ВАЕ Systems разработала монолитное ковшеобразное сиденье для летчиол-6 летчика изготовленное с использованием керамических материалов. Подобные сиденья были изготовлены с использованием карбида бора и опоры териамама вертолета АН-64, а также самолета С-130. Использование керамической брони для сидений экипажа стало почти принятымоммеме экипажа и обеспечило керамике одно из первых направлений военном испольтованиров – Вьетнаме.
Рисунок 22 – Задняя сторона толстой керамической плитки, которая
получила удар высокоскоростной пулей . В эtom случае пуля
была полностью остановлена, однако повреждение
распространилось на всю площадь плитки.
Керамические материалы становятся также менее привлекательными, когда бронная наклоня. Размещение металлической брони под острым углом на боевых бронированных машминих машминих положением со времен второй мировой войны, например, на танках, таких как Т-34. Однако преимущество, которое может быть обеспечено металлической плиййпонолещ, разголеще к 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 подетвер изгибающей нагрузке благодаря геометрии брони. Керамический материал под острым углом также увеличивает толщину материала пио линину снаряда. Однако когда снаряд входит в соприкосновение с броней, полусферическая волноЇиз истолна истолна удара, но отражается в границу разделения между керамикой и опорным слоем v наиправления перпендикулярном границе разделения. Следовательно, разрушающая волна при растяжении не имеет отношения к преимуществу Следует подчеркнуть, керамические материалы не все плохо действуют под острыманои то, что они не действуют так хорошо, как думали или надеялись. Кроме того, они усиливают рикошетирование при больших углах наклона.
Budúce
Так куда могут пойти керамические броневые материалы? Для начала улучшенная способность выдерживать многочисленные попаданиятожет можеваниятут можевияту время достигаться путем заключения керамических материалов в подходябутую оподходябутую о рассредоточения керамики в конструкции типа матрицы (например, LIBA), путем уменьшения,разеня используется в мозаичных конструкциях брони, или путем использованхия менолые твернее упругих карбидных материалов с прочной связью. Следовательно, любое поступательное изменение в характеристиках материала прикупудива же твердому материалу, который способен выдерживать следующие один за другойм ругиры К сожалению, в отношении керамических материалов имеется общее правил, чаем твыреже материал, тем более хрупким он становится.
Другие успехи могут быть сделаны в обработке сырья и, в частности, сниженияситестоиЅия стоим материалов более высокого уровня, таких как диборид титана, карбид кремникразе и прыезе материалы, рассмотренные выше. Альтернативно, успехи могут стать заметными, когда исследователи начнут лучоьниме задержки и как поддерживать ее. Или могут фактически появиться методы лучшего соединения, что обестечит вожнстечит вожнстечито вожнстечито вожнстечит вожоды соединять керамику с металлической опорой без использования полимерных клеев. В любом случае есть, вероятно, небольшая исходная точка увеличения их твердо В конце концов, они все же являются одними из самых твердых имеющихся матеве. И значительно тверже снарядов, которые они разрушают.
Čas uverejnenia: 3. septembra 2018