УСПЕХИ В ОБЛАСТИ КЕРАМИЧЕСКОЈ БРОНИ Пол Џ. Хејзелл

У данашње време постоји непреривно возрастаусаа потреба в более легких и меньших по габаритам боевих бронированних система. Ожидаетса, что боевие бронированние машини будут легче и мање по габаритам благодара повисоним требованиам к бољој стратешкој мобилности. Етому создает современнаа броневаа керамика, котораа авлаетса очень прочним материалом, в дејствуусаа она поседует много более високих характеристик по сравнениу с имеусимиса самими прочними стальми. Ето полезное својство может бить использовано дла брони, в которој снарад (пула) или кумулативнаа струа прилагаут сжимаусуу нагрузку на материал.

Западние оборужение сили увеличаут свое присутствие за границу, где основнаа угроза представлает значительним тажелим пулеметов (НМГ) или вистреливаемих с упором в плечо противотанковие средства типа РПГ. Ету проблем често усугублаут политические и (или) оперативние требованиа, виполнение которих требует главним образом использованиа легких боевих бронированних машин, в основи колесних, которие по своеј конструкцији и ограничениам по массе отличаутса низким уровнеем броневој заштите от огнестрельного оружја (обично от 7,62). -мм оружиа). В свази с таким положением взать требование к производству брони, обеспечиваусеј лучшуу заситу личног состава при одновременном сведении до минимума ее полној масси.

Хорошаа засита в составу с малој массој играет важнуу роль в собственној засите личного состава, об етом знает лубој војник, водећиј боевие дејствиа в Ираке или Афганистану. Взать, например, личниј бронежилет (ИБА) сухопутних војски США. Первоначальнаа его концепциа состоала из верхного тактического жилета (ОТВ) и двух носимих керамических вставок, спереди и сзади засисаусих солдата от поражениа стрелковим оружием (САПИ). Међутим, из-за серии смертельних случајев у Ираку и Афганистану на ИБА-е је внесен рад дополњениј. Самим значајним из њих била боковаа заштита от огненогстрельного оружиа (ЕСБИ), оствареннаа побољшанними боковими вставки, а также расширеннаа заштита с дополнительними приспособлениами, закриваусими плечи. Дла етој цели били использовани пластини САПИ и ЕСБИ, которие обеспечиваут лучшуу заштиту от винтовочних пуль с високој началној скорости. Етот уровень улучшенној, но легкој засити бил достигнут только при использовании керамических материалов.

Рисунок 1 – Ета керамическаа пластина САПИ, часть

бронежилета, спасла жизнь своему владельцу в Ираке.

Рисунок 2 – Новиј бронежилет, обеспечиваусиј заситу уровна 4,

искушаетса представителами научно-исследовательској лабораторији ВВС

на авиационној бази Вригхт-Паттерсон, шт. Огајо. Етот бронежилет вклучает новуу форму керамических пластин, которие могут видержать больше

ударов пулами, чем современние пластини, кроме того,

он има заситние устројства дла бицепсов и ребер.

Рисунок 3 – Пластини, вставлаемие в бронежилет,

находатса в массовом производстве фирми Церадине.

Основние соображениа по керамическој броне

Већина људи ассоциируут слово «керамика» с глинаној или фаансовој посуди, коју они используут дома, или кафелем, используемим на стенах ванној комнати. Керамические материали использовалисьса в домашних условиах тисачелетиј, однако ети материали стали началам керамических материалов, которие применаутса в настоасее врема в боевих бронированних машинах.

Слово «керамика» обозначава «обожженние веси» и фактички современнаа машиностроительнаа керамика, подобно своим двојником на бази глини, требует дла своего производства знатного нагрева. Међутим, главна разлика између керамике, коју ми вибираем дла использованиа в качественој брони, и керамики, коју находим дома, авлаетса прочность. Современние броневие керамики су очень прочними материалами и фактички при сжатии они могу бити знатно прочнее, чем имеусиеса сами прочние стали (см. Табл. 1). Ето полезное својство используетса дла брони, в которој снарад или кумулативнаа струа прилагаут сжимаусуу нагрузку на материал. Керамики, конечно, имеут «Ахиллесову пату». Они слаби на растажение и, следствено, они способни да издрже само веома мале количине деформација (удлинение до разрушења), као што показује Таблица 1. Ово објасне наличје у структури веома малих тресина, које, когда подвргнуутса локализованим силама растажениа, су извором катастрофичног разрушења. Ето тип разрушениа, с которим ми знакоми очень хорошо при падении обеденној тарелки на полној кухни. Следовательно, их использование в системах брони должно тагче обдумиватьса.

Таблица 1 – Некоторие својства броневих керамиков по сравнениу с катаној гомогенној бронеј (РХА)

Керамики в броневом примену работаут в состоании елементи устројства разрива в конструкции многослојној брони. Цельу етого материала в конструкции многослојној брони авлаетса разрив на осколки подлетаусего снарада или брзое ослабление его. Другими словами, кинетическаа енергиа снарада рассеиваетса броневим материалом разбиваа снарад на осколки и перенацеливаа енергиу получаусихсь в результату осколков в сторону от засисаусеј конструкције. Другие елементи в многослојној конструкцији будут делать как «поглотители», то есть они поглосаут кинетическуу енергиу снарада за счет пластичне деформације или расслаиваниа, таким образом преврасаа ее в более низкуу форму енергии, такуу как теплота.

Рисунок 4 – Механизм поражениа пробиванием плити

композитној/гибридној брони.

Большој систем брони оптимизован дла «разрива» и «поглосениа» кинетическој енергии подлетаусего средства угрози. Так, возьмем 7,62-мм/39 пулу АК-47. Примерно 6 мм одговарајућеј керамике, повезаној с полиамидном тиловој страницом, као кевлар, било достаточно, да би изазвало значајно разрушение сердечника пули. Разбивание сердечника повезано и с радијалном дисперзијом. То есть, осколки сердечника приводатса в движение перпендикуларно, когда снарад питаетса пробить систем. Ето уменьшает плотность кинетическој енергии снарада (кинетическаа енергиа, деленнаа на плосадь поперечного сечениа снарада) и, следовательно, умањује пробивнуу способност.

Начало првог истраживања у областима типова брони, обликоване керамике, може бити отнесено у периоду као што је било после прве светске војне, када је у 1918. години мајор Невилл Монроу Хопкинз експериментално посматрао, что 0,0625 инча тврдој емали, нанесеној на подвргнуту удару сторонарне целине, увеличило ее заситние возможности. Без обзира на то што је раније открито, примена керамичких материјала представља недавни начин повећања заштитних својстава у таквим земљама, као што је Велика Британија. Но етот способ нашел широкое использование в Советскиј Соузе и војно-служасими США в време вьетнамској војни. Здесь использовать керамические материали визвано попикој уменьшить потери летчиков вертолетов. На пример, у 1965. години вертолет УХ-1 ХУЕИ је опремљен комплектом композитне брони са чврстим покривком (ХФЦ), искоришћеним бронированим сиденьах пилота и второг пилота. Сиденьа обеспечивали заштиту от 7,62-мм бронебојних (АР) боеприпасов снизу, с боковима и сзади благодара использованиу облицовки из карбида бора и основа из стекловолокна. Карбид бора авлаетса одној из самих легких керамиков, которие могут использоватьса в броне (и по хорошој причини). Он има приближно 30 % маси стали того же объем и в тоже време величине тврдости, котораа обична в шесть раза больше тверди катаној гомогенној броневој стали (см. Табл. 1).

Рисунок 5 – Сиденьа вертолетов со типичним примером примене

керамическој брони. Слева направо: сиденьа вертолетов ТИГЕР (фирма БАЕ Системс Адванцед Церамицс Инц.), АХ-64 АПАЦХЕ, в котором используетса

карбид бора жесткого прессованиа (фирми Симула Инц.)

и МХ-60 БЛАЦКХАВК (фирма Церадине Инц.).

Конфликт, конечно, да подиже новим идеам, а необходимость заситить екипажи вертолетов привела к опширним исследовањима. Именно ета работа, виполнена наученими США в 1960-е годи, создала базу дла совершенства в настоасем врема характеристики керамических брони.

Механизм воспресениа пробиваниа прегради снарадом

Прежде чем углубитьса в изучение современних успехов в технологии керамическој брони, полезно рассмотреть механизми, за счетове система на бази керамике способна разрушить снаради. Раннаа работа М. Л. Уилкинза и његов колеџ из лабораторије САД створили су основу за понимање тога, что се фактички происходи, когда пула стрелового оружја наноси удар по цели с керамичким покритим.

В моменту удара ултразвуковие волни нагрузки распространаутса в керамику и вдоль сердечника пули. Волни в обоих етих материалах разрушаутса, дла керамики ето становитса проблем, когда волна сталкиваетса с периферијној поверхностьу раздела или на самом делу со свазуусим слоем между керамиком и ее заситниј слоем. Већина типова керамичких брони у садашњем времену ствара се при искоришћењу полимерног везивног материјала, који по својој природи има низку жестност и плотност. На поверхности раздела керамики/свазуусего материала происходит сильное еластичное отражение, которие разбивает керамическиј материал. Кроме етого, происходит сильнаа сдвиковаа волна, котораа буквално «растегивает как молниу» полимерниј повезуусиј материал и, следовательно, отсоединает керамическуу плитку от ее опори. Но в ето време материал под средством пробиваниа сжимаетса; конические тресини исходат от места удара и ето они веду к образованиу конуса в материале, что у већини случајева, распространает нагрузку от пули на более широкој плосадь поверхности (см. рис. 6).

Рисунок 6 – Модель АНСИС АУТОДИН-2Д, показиваусаа образование

конуса нагрузки в керамике под пробиваусеј пулеј. Зелениј цвет показује неповреденниј материал, а красниј показивает повреждение керамике.

Голубие области показиваут неупругуу деформациу; можете видети,

что пластическаа деформациа заднеј плити происходит как раз

под образуемим нагрузочним конусом керамике.

Ето первое преимусество, что обеспечиваетса керамикој. Как уже упоминалось, керамика очень твердаа и ета високаа твердость обеспечивает сопротивление пробиваниа. Високаа твердость оказает снараду большое сопротивление, форсируа его замедление. Дополнительние преимусества достигаутса високој жесткости етих материалов. Машиностроительнаа керамика обично в два раза жестче стали; жесткость увеличивает својство, називаемое акустическое сопротивление, которие дејствует на интензивность сверхзвуковој волни, дејствуусиј направлено назад по стержну снарада. Ето веома важно, так как керамика с високим акустичним сопротивлением приводит к високој интензивности узданиа ультразвукових волни на снарад, визваа его повреждение при растажении.

Против кумулативних струј, таких как образуемие гранатами РПГ-7, керамические материали, каждаетса, обладаут магическој способности противостоать пробиваниу. Разгадкој здесь авлаетса охрупчивание (хрупкое противдејствие) материала. Когда кумулативнаа струја продире в керамику, она разбиваетса на очень мелкие осколки в ограниченном дла материала проникнутој струи рајона. Следовательно, каверна, котораа образуетса под утицајем кумулативној струји, авлаетса относно бесформеној и струа терает своју форму, кад она стремитса пројти кроз етот материјал. Интересно, откривено, что обичное флоат-стекло (то есть стекло, которие находитса в окнах жилих домов) такое авлаетса ефикасним в качественом броневом материалу против кумулативних струј. Међутим, следует подчеркнуть, что ети високие показатели показиваутса при соответствии масси на массу, если сравнить со стальу. Следовательно, требуетса прилично большаа толсина стекла дла обеспечениа достаточној засити. Оконное стекло толсиној 3 мм не устоит против струи гранати РПГ-7!!

Међутим, интереснаа концепција била предложена на 13-ом европском симпозијуму на боевим бронированним машинама (АФВ), који проводим универзитетом Цранфиелд Университи у војној академији Велике Британије (30 апрела-2 маа 2008 године). Во врема етого симпозиума профессор Манфред Хелд (изобретатель взривној реактивној брони) обсуждал создание прозрачној взривној реактивној брони (ЕРА), то есть, брони материал ЕРА, в которој в качестве противдејствуусих плити используетса стекло. Если би использована прозрачнаа взриваа жидкость вместо обичних составов РВХ, можно било производить полно прозрачнуу систем ЕРА. Међутим, како подчеркнул профессор Хелд, ова система ће бити веома тежка, тако као задња плоча (основнаа броневаа засити) мора бити веома толстоа и достатно жестока, тако да она не воздејствовала на сидасего за неј член екипажа, когда детонира експлозијчатое весество засити. Толсина непомичнаа заднеј плити должна бить порадка 150- 200 мм по сравнениу с 10- 20 мм переднеј противодејствуусих плити.

Керамические материали обладаут и добрим механизмом упрочнениа при нанесении удара при более високих скоростах поражаусих елементов. Ето особенно полезное својство при воздејствии кумулативној струи, так как прочность керамики, в етом случае, знатно увеличаетса при етих очень високих темпах нагрузки. Ето хорошее својство дла разработчика брони. По мере повећаа прочности возрастает сопротивление пробиваниа и, следовательно, струе или снараду все труднее пробивать такуу преграду. Именно етот механизм упрочнениа делает ети материали посебно ценними в остановке самоформирајућих поражаусих елементов типа «ударного адра» (ЕФП). Недавно боевие части на бази ЕФП привукли озбиљно внимание захваљујући использованиу их повстанцама у Ираке, имеусими значајним запаси противотанкових мин советској епохи, в которих используут елементи ЕФП. Обично оболочки таких зарадов делаутса из пластичних металлов, например, нискоугљеродистој стали или медија. Получаусијса в результату подрива поражаусиј елемент состоит в етом случае из деформираного металла куске, очень ефикасно захваљујући високој скорости, однако ети елементи относно магкие. В более усовершенстванних елементах ЕФП используетса тантал (очень дорогој материал из-за его использованиа в мобильних телефонах). Међутим, тврдость керамике чини ее заманчивој из-за способности визивать великое противдејство сильному удару ЕФП. Одним из примера керамическој брони дла засити от ЕФП авлаетса плита, устанавливаема на некоторих машинах под днисем дла засити от мин.

Рисунок 7 – Компоненти керамическој брони фирми Цоорс-Тек

дла применениа в броне машин.

Рисунок 8 – Машина БУЛЛ класса МРАП ИИ, разработанаа фирмами Осхкосх

и Церадине, отличним большим употребом керамических брони дла

засити от зарадов типа «ударное адро».

Керамические материали дла применениј на поле боа

Оксид алуминиа

В 1980-е годи в главнем систем засити на основе керамики, которие использовались на поле боа, употреблалса оксид алуминии, известниј иначе как глинозем (алумина). Оксид алуминиа относительно недорогој в производство и чак прилично тонке елементи засити на его базе могли зауставить пули стрелковое оружиа, вистреливаемие с високој скорости. Как отметил в 1995 году С. Џ. Роберсон из фирми Адванцед ДефенцеМатериалс Лтд, имеутса значительние улучшениа характеристики система засити при использовании оксида алуминии по сравнениу с другим керамическим/композиционним материалом. А при использовании система с карбидом кремниа и карбидом бора дополнительнаа балистическаа характеристика мала при значајних допунских затрагах. Хота криваа неколько изменилась с 1995 года, соотношение оставлает прежним. Сусествует оптималное по високој цени решение относно небольшого побољшања балистичких характеристики. Однато преимусество додатној засити от огнестрельного оружиа (хота и небольшој) может бить заманчивим, ако се захтева минималнаа маса, например, в самолетних или личних (индивидуалних) система заштите.

Рисунок 9 – Поверхностнаа плотность различних типов материалов,

требуемаа дла засити от 7,62-мм бронебојних пуль,

по сравнениу с их относној стоимостьу.

Оксид алуминиа широко используетса в системе индивидуальној засити личного состава, а также в система засити машин. В Великобритании перваа система засити дла личного состава массового производства, в которој использовались керамические плити, била введена в Северној Ирландији. Базоваа магкаа система засити, позната как боеваа личнаа брона (СВА), авлаетса составној и составлает из основног елемента из најлонового и полиамидного волокна, к чему се може додати 1-кг плити из композиционог материјала с полиамидним волокном, обликоване керамике за обезбеђивање срца и основне. органов от високоскоростних винточних пуль (см. рис. 10). Они подобни плитам САРИ, которие привлекли широкое внимание военнослужасих США.

Рисунок 10 – Боеваа личнаа система засити (СВА),

показан карман дла вставки керамических плити.

Рисунок 11 – Процесс задержки сердечника пули АРМ2 из

закалленној стали плиткој оксида алуминиа на стальном основании.

Карбид бора

Без обзира на економичну ефикасност и способност оксида алуминије да заустави већину пуља стреловог оружја при релативно доброј ефикасности по маси, свој пут на рину керамичке брони нашли су други керамички материјали. Самим известним авлаетса карбид бора – материал, коториј впервие использован в 1960-е годи. Он невероватно тврд, али и невероватно драг и зато се користи само у самим екстремним условима, в которих желательно надокнадить неколико грамских мас броневој структуре, на пример, као у сиденьах екипажа самолета В22 ОСПРЕИ. Други пример употребе карбида бора био је у систему производње усилне особне заштите (ЕВА). Опать била необходима минимальнаа маса дла относно високој засити. Она била введена британским сухопутним војском за обезбеђивање заштите от 12,7-мм пульа со стальним сердечником и садржала в себе комплект «тупој травми». Тупаа травма происходит, когда засита не пробиваетса, но передача импульса удара визвать большу деформациу в слое опори, водећи к ушибам, озбиљним травмам основних органов и даже смерти.

Карбид бора произведел фирми БАЕ Системс Адванцед Церамицс Инц. (официально Церцом) и интегрировалса в виде вставок, засисаусих от стрелкового оружиа (САПИ), в систему личне заштите-бронежилет (ИБА). К 2002 году било постављено на оборужение 12000 таких плит с карбидом бора.

Рисунок 12 – Новиј процесс формированиа карбида бора, разработанниј

институтом технологии штата Џоржиа, позволает создать сложние

изогнуте форме дла использованиа в касах и других елементов

личној засити. На снимке показана опитнаа каска малого масштаба.

Карбид бора авлаетса материалом в високих характеристики. Међутим, кроме невероватној тврдости, која има етот материал, и его неверојатно низкој плотности, он има один потенциальниј недостатак. В последние годи есть некоторие основаниа предполагать, что он не будет дејствит так хорошо, как ожидаут, при пробивании високоскоростними пулами с плотним сердечником. Ето, как полагаут, обусловлено физическими изменениами, которие происходат с материалом, когда он подвргаетса сильному удару, визиваемому етим боеприпасами. Фактически при испитании с неопредељеним алуминим материјалом у качесним опорима есте основать, что против појединачних снарадов на бази карбида волфрама одређених марки карбида бора дејствуут и добро, како и преграде из окиса алуминије. Ето въпросем на большуу тврдость карбида бора. Обнаружено и, что когда карбид бора повезан са слојем пластике, армированним волокном, происходит авление «разрушениа промежутков». Ето происходит там, где откриваетса двојнаа скорость В50 (скорость, при котој ожидаетса, что 50 % снарадов полностьу пробьут цель). Раскритиа (дејствиа) двојној скорости В50 обично объаснаутса переходом от пробиваниа цели неповрежденним снарадом к поражениу целим разрушеним снарадом на более високих скоростах. Међутим, рад научно-исследовачке лабораторије сухопутних армија Сједињених Америчких Држава показао је, что дејство при већој брзини В50 на композициони материјал, обликовани карбидом бора, настаје у вези са изменом у процесу образовања осколков керамике. Тем не менее, вивод из етих результатов значит, что толсина плити из карбида бора треба да буде больше, чем первоначелно ожидали, чтоби заситить от етих плотних сердечников снарадов с високом скоростьу. Имеетса много данних, которие показать, что карбид бора авлаетса добрим керамическим материалом дла использованиа против стальних бронебојних снарадов.

Рисунок 13 – Рентгеновскиј снимок, показиваусиј временние данние

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

задержка, проникновение за счет ерозии, осколки пули и поглосение.

Карбид кремниа

В последние годи другие керамические материали показивали знатну перспективу в обеспечение засити от огнестрельного оружиа, но ни один из њих не оказалса более ефикасним, чем подверженние горачему прессованиу образци карбида кремниа, которие производитса фирмами США, таквима, как БАЕ Системс и ЦерадинеИнц. Фирма Церадине, в част, имеет длиннуу родословнуу в производству керамических плиток дла применениа с цельу засити, будучи вовлеченој в етот процес с 1960-х годов. Етот материал производитса под обједињеним нагревом и давлењем, чтоби изготовить невероатно прочное изделие, которие, како је приказано, обезбеђују високо сопротивление пробиваниа боеприпасами стрелового оружја, а также снарадами АПФСДС. Во врема изготовлениа обично достиже температуру приближно 2000°С.

Карбид кремниа, в посебно, показао невероатное сопротивление пробиваниу, визванному авление, известним как задержка во времени. Говора просто, «задержка во времени» ето, когда снарад, каже, буквално сидит (отсуда «задержка») на поверхности керамики некорое врема после удара. Ето авление, которие можно видеть при использовании технологиј високоскорочне фотографије и вспишке рентгеновского луча, визваетса главним образом тем, что керамика представлаетса более прочној, чем снарад, и, следовательно, снарад почиње течь радиально по поверхностима керамике. Хота ето авление наблудалось на почетку 1990-х лабораторија сухопутних војски США, учение все есе питаутса разъаснить механизм, которим оно поддерживаетса в керамики. Однато извесно, что «длительное» удержание авлаетса клучом, визиваусим ето дејствие. Одним способом, которим етого можно достичь, авлаетса типом горачег прессованиа дла капсулирование керамике с помосьу металлических накладок. Следствием етого процеса авлаетса визивание високих сжимаусих напражениј в керамическом материале посредством теплового рассогласованиа металлических и керамических слоев при охлаждении. Ета предварительнаа нагрузка в конечном счете обеспечивает керамике преимусества. Второе преимусество обеспечиваетса окантовкој керамического материала металлическими накладками и увеличить возможности видерживать многочисленние попаданиа. Ето ограничение дејствует дла сохранениа всех осколков в единој объеме и, последовательно, увеличает ерозијнуу способность брони при дополнительних вистрелах.

Относительно недорогој карбид кремниа может производитьса и посредством процеса, известного как соединение реакциј. Етот процесс обеспечивает точниј размер керамических изделиј, того как другие традиционние методи обработки не могут получить ето из-за високих температур и давлениа. В етом случае химическаа реакциа авлаетса основом производства керамических продуктов. Реакциа соединает исходние материали керамике, используемие дла одређених видов брони при низкој угрозе. Међутим, часто в структури керамике откладиваутса побочние продукти в форме «пудлингових криц», которие могут образовать слабаа места в керамики. Дла карбида кремниа, полученного соединительној реакцији они принимаут вид кремниа - относно магког материала.

Рисунок 14 – Микроскопическаа структура (сверху вниз): свазаного

реакции карбида кремниа, спеченного карбида кремниа и карбида бора.

Рисунок 15 – Новаа гусеничнаа боеваа машина ПУМА авлаетса одној из

неколико машин, которие засисени елементами керамических брони СИЦАДУР (карбид кремниа) фирми ЦерамТец-ЕТЕЦ. Ета машина

налази се на наоружании германских сухопутних војски.

Другие композиционние материали

Другие керамические материали, например, нитрид кремниа и нитрид алуминиа показивали относно малу перспективу в деле производства керамическој брони.

Имеутса сообсениа, что нитрид алуминиа принат на некоторих бронированних машинах, однако их немного. Нитрид алуминиа авлаетса странним материалом, ета странность заоставлаетса в том, что он ради боље при повећанем скоростьу удари (обладает високу стојность), но при баллистических скоростах, встречаемих на сегоднашнем поле боа, он има относно ниску стојность.

Керамическиј материал с карбидом волфрама также рассматриваетса дла применениа в средствиах засити и, хота он относительно дорогој и прилично плотниј (номинально в шесть раз плотние карбида кремниа), он очень прочниј и визвает високое акустическое сопротивление удару. Ово последње својство авлаетса главним и используетса в заситних устројствиах (системах) дла возбуждениа в стержних пули напражениј большој амплитуди, что в конечној счетами приводи к его разрушениу. Полагаут, что только объектам с относительно тонкој броневој засити, требуусим обезбедение стојности от обстрела бронебојними (АР) боеприпасами, такој материал может обезбедити потенциальние могућности економии заброневого пространства, когда масса не авлаетса определаусеј.

Прозрачние керамические материали

В последние годи проведена значительнаа работа по поиску альтернативних пулестојким система остеклениа, которие используут (в качестве ветрового стекла) на таких машинах, как Хумвее. Современние традиционние прозрачние системи авлаутса тажелими, особенно, когда они захтеваутса дла засити больших секциј (окон). Ето визивает проблеми при разработке засити легких машин. Традиционално системи остеклениа таких машин состоат из неколико слоев стекла, каждиј из которих отделен полимерним слоем и држаетса поликарбонатним слоем. Ети типи система могу имати масу до 230 кг/м²при толсие 100 мм дла обеспечениа уровна 3 по стандарту СТАНАГ Левел 3 (от 7,62-мм пуль). Стекло дла окна размера машини Тоиота ЛандЦруисер и дебљине 100 мм чини масу отприлике 250 кг плус стальние пази необходимој толсини дла его установки. Обсаа масса полној системи должна бить, вероатно, значној.

Прозрачне керамические материали обеспечиваут заманчивуу альтернативну пулестојким системам остеклениа, так как ети материали поседуут присусуу им тврдость, котораа много больше тверди оконного стекла. Ето обеспечивает разработчикам засити уменьшить ее массу и толсину. У садашњем времену постоје три неспособна варијанта материјала за коришћење у прозрачним елементима заштите, ими су оксинитрид алуминије или АЛОН, алумомагнезиальнаа шпинель или шпинел и однокристаллическиј оксид алуминиа (сапфир).

Оксинитрид алуминиа или АЛОН могут бить получен в качестве прозрачној поликристаллическој керамики путем обработки технолошких маршрутов, которие используетса дла получениа обичној непрозрачној машиностроительној керамики. Обично АЛОН производитьса из предходно синтезированного праха, которим потом может придаватьса форму и коториј потом может пекатьса в азотној атмосфери.

Рисунок 16 – Етот испитательниј кусок прозрачној брони,

изготовленниј из АЛОН, видержал удар 7,62-мм пули.

Спинель может бить поучена путем уплотнениа коммерческого доступног праха или путем горачег пресованиа, или путем спеканиа без давлениа. Осим тога, за побољшање механичких својстава и прозрачности потребно је горјече изостатическое пресовање образца. Етот процес вклучает одновремене применение к образцу равномерного давлениа газа и нагрева. Основним преимућством по сравњењу с одноосевим горим прессованием авлаетса то, что давление применаетса одинаково в всех направлениах, а не просто в одном направлении. Результатом етого со большаа однородность материјала и микроструктури без преимусественној ориентации, что доводи до вишој прочности и прозрачности.

Рисунок 17 – Многочисленние попаданиа 7,62-мм/54Р пуљами Драгунова

в прозрачној керамическој брону Амар-Т фирми ИБД.

Рисунок 18 – Сверхлегкаа засита АМАП-Р плус засита

от поражаусих елементов типа ударное адро (ЕФП).

У садашњем тренутку ови три керамичких материјала су дорогостојећи у производњи, а то значи да се њихово коришћење све још резервише за веома мале области употребе. Међутим, германскаа фирма ИБДеисенротх Енгинееринг продолжает етот тип технологии разработки своего рада изделиј АМАР (перспективној модульној броневој засити). В своем изделии ААР-Т, где Т прозрачнаа, фирма используетса прозрачнее керамические материали дла повишениа засити до уровна 4 по стандарду СТАНАГ. Ети данние означуут, что етот тип засити успешно остановить многочисленние удари с блиског расстоаниа 7,62-мм/54Р бронебојними боеприпасами Драгунова со стальним сердечником. Достижение засити уровна 4 по стандарду СТАНАГ с помосьу прозрачној брони авлаетса впечатлаусим при наличии угрози нанесениа удар 14,5-мм/114 пулеј В32 с расстоание 200 м при скорости 911 м/с.

Новие подходи

В отличное средств засити дла личного состава (бронежилет) брона машин не ограничаваетса потребьностьу в флексибилности; скорее обично желамими качествиами авлаутса способность видерживать многочисленние попаданиа и обезбеде ремонтопригодность. Ранние способи использованиа керамических материалов вклучали заделку керамическој сфери в предњу часть отливка башен советских основних боевих танков дла обеспечениа отклонениа и ерозии бронебојного снарада. Ето занатие интеграции продолжалось с некоторими танками Т-72 и Т-80. Међутим, већина керамических системов изготавливалось как дополнительниј комплект, то есть, систем елементов брони, которие могли крепитьса к корпусу машини. Ето дополнительние комплекти состоать из керамических материалов, используемих в слоах других материалов, которие обично не видни пользователу.

Одним таким примером авлаетса система ЛАСТ (техника легкој дополнительној системи), котораа использовала морској пехотој США на машинах ЛАВ (8х8). Система брони ЛАСТ се састоји из шестигранних модулов керамических брони, которие крепатса к корпусу машини с помосьу клеа, склеиваусего при надавливании. Плитки могут укладиватьса (слоами) дла повишаниа уровна засити, затем может применитьса балистическаа обшивка дла управлениа сигнатурој. Били разработани подобниј образци, в которих использовались крепежние круки и петли Велцро дла установки керамических плиток на бортах машини с циљем снижениа сложности работ на театре военних дејствиј (в боевој обстановке).

Такој метод креплениа использовалса в 1990-е годи с бронеј РОМОР-Ц фирми Роиал Орднанце (теперь ето часть группи БАЕ Системс). Ета брона состоала из слоев керамике из оксида алуминиа, приклеенних к ГФРП(стеклопластиковој)/алуминиевој конструкцији. Обнаружено, что етот тип соединениа, коториј используетса в производству брони такој конструкции, авлаетса вполнеуусим, и замечено знатно решаусие снижение характеристики, если произвођач не користи правилниј клеј. Обично желательна хорошаа прочнаа свазь, котораа не допушчает никаквог скольжениа между заднеј поверхности керамике и конструктивним елементом, с коимом она соединена. Хота какаа-то работа, направленнаа на совершенство качеств клеа и производилась, она имела относно малиј успех. Другие преимусества могут бить досегнуть темного вибора геометрии плитки. На пример, шестиугольние плитки удовлетвораут требованиам (см. ЛАСТ), тако како они сводат до минимума разрушитьних дејствиј границ. Недавно научно-техническаа лабораторија министарства одбране Велике Британије запатентовала шестугольниј елемент дла использованиа в мозаичној компоновке. Етот особиј елемент има виступи, которие отделаут его от соседних, предотврасаа, таким образом «повреждениа» (ударној волни) по броне.

Предотврасение распространении ударној волни от плитки к плитки није нова идеја и неки ће у ствари потврђивати, что она ступа на разумно решење Советского Савеза и оставља керамические сфере у башни его танков. Једна из више успешних система брони, в которих используетса етот метод, авлаетса легкаа совершенствованнаа брона, засисаа от поражениа огнестрельним оружием (ЛИБА), разработанаа фирма Мофет Етзион Лтд (Израил). Ета брона составлает из многочислених керамических елементов, которие вставлаут в резиновој матрици. Ета брона може произвести тако, что она обезбеђује заштиту од 14,5-мм бронебојно-зажигательних (АПИ) боеприпасов, и има допунске предности, заклучаусихса в том, что отдельние елементи могу бити замењени после њиховог повређивања. Панели сохранаут также определеннуу степен флексибилности и за более низких уровнеј засити могут составлатьса скоро в лубој форме. Следовательно, она может использоватьса дла личного состава (в бронежилетах), где, как утверждаут, она обезбеде лучшуу заситу от многих попаданиј захваљујући своеј многосегментној конструкцији. Ее использование распространаетса также на легкие бронированние машини. Она использована на машини Стрикер сухопутних војски США, находасихса на наоружании в Ираке и Авганистану.

Рисунок 19 – Крупниј план модула брони ЛИБА (легкој усовершенственној брони, засисаусеј от поражениа огнестрельним оружием) израильској

фирми Мофет Етзион, показани откритие шарики керамических брони.

Рисунок 20 – Результати испитаниа стрельбој плити ЛИБА

убедительно демонстрирају способност материала видерживать

многочисленние попаданиа.

Другие новие методи в разработки брони вклучаут использование того, что известно как материали, сортируемие по функционалним могућностима (ФГМ). Первоначально они исследовались в конце 1960-х годов и в последние годи опать визваки интерес. ФГМ авлаетса единој структурој, котораа максимизује преимусества керамических тем, что поверхность удари буде чврста, а задниј слои будут металлическиј и, следовательно, обеспечаут хорошуу пластичность и ударнуу вазкость. Ето метод разрушитела/поглотитела, коториј ми ранее рассматрили. Такие материали обично состоать из керамическој переднеј панели, спеченној с последуусими слоами с большим содержанием металла. Металлокерамические разрушаусие слои могут так же использоватьса в качестве наружних (передних). Ети материали представлаут смесьу керамике и металла при знатној части керамике. На пример, лабораторији сухопутних војск США провели су експерименти с моноборидом титана, који уплотнен као металлокерамика и састоји се из полуслоева, сваки са више високим садржајем титана по мери тога, као образец рассматриваетса от переднеј панели (поверхности удара) к заднеј. Заднаа поверхность составлает из чистого титана. Брона из алуминивого сплава с обличној материалом ФГМ обеспечила лучшуу заштиту от 14,5-мм снарада В32 по сравнениу с катаној гомогенној бронеј (РХА). Потенцијальним преимусеством етих материалов авлаетса то, что они могу обезбедити лучшуу заштиту от многих попаданиј, чем сама керамика, однако современние данние говоре, что их характеристики все есе ниже более характеристик обичних броневих керамических материалов.

Композиционние материали с металлическој матрици (ММС) также подали некоторуу надежду в обеспечение возможности видерживать многие попаданиа по сравнениу с керамичними материалами. Один такој образец предлагает фирму Екоте Ои. Она произвела композиционниј материал с металлическој матрици на основи карбида титана, коториј, как заавлаут представници фирми, обезбедует зону повреждениа, котораа само на 20-30 % больше плосадь поперечного сечениа пули. Композиционниј материал с металлическој матрици применаетса способом, подобним болхинству керамических материалов, соединением с опорним материалом, или со стальу, алуминиј, или с волокнистим композиционним материалом. При ударе конус (рассмотренниј ранее) распространает нагрузку снарада по отношењу большој плосадь поверхности, снижаа таким образом плотность кинетическој енергии, дејствуусој на опорниј материал. Твердие честице карбида титана (~ 1500 ВХН) разрушаут снарад, но благодара относительно жесткој металическој матрици, в коју вставлени честице, распространение тресин ограничено. Производители утверждаут, что 7,62-мм – 51 мм пула ВЦ-Цо може да се заустави бронеј с конструкционој плотностьу изделиа 52 кг/м², котораа создана композиционним опорним материалом с волокном из ароматического полиамида. Ети композиционние материали с металлическој матрици могу произвести при использовании процеса самораспространаусегоса високотемпературного синтезе (СХС).

Рисунок 21 – Брона Екоте фирми Екоте Ои разбивает пробиваусиј

снарад и исклучает поражение. Удар дробитса и распределаетса

по большеј конусообразној поверхности, котораа еффектно

поглосает енергиу снарада.

Коммерческие варианти

В ети дни есть много вариантов керамических плиток дла приобретениа систем личној засити и полних комплектов заситној брони дла легких боевих бронированних машин. Фирма ИБ Деисенротх, в частное обеспечение заситних решениј в течение свише 20 лет. Ранним примером примене ее брони авлаетса систем МЕКСАС (модульнаа, поддаусааса изменениу система брони), устанавливаема на канадскиј БТР М113 за дејствиа в Боснии. Представители фирми установили и подобнуу систем на разработануу фирму Мовагмашина ЛАВ ИИИ (8х8), опать же дла канадских сухопутних војск. В обоих етих примерах брона из керамических плиток МЕКСАС успешно установљена снаружи металлических корпусов машин. Ета брона установљена и на боевој машини Стрикер США за обезбеђивање заштите од 14,5-мм бронебојних пуль, хота в сообсениах говоритса, что она не установлаетса на машини в времени мирној боевој подготовки, так как она додаје к масовној машини 3 т.

Имеетса также много поставсиков керамического сирьа, хота искушаваем в Европи до некоторој степени ограничених поставки материјала горачего прессованиа. Керамика горачего прессованиа има тенденцију да буде прочнее и обеспечивает лучшуу заштиту от огнестрельного оружиа и, следовательно, ети типи керамике заманчиви дла созданиа брони. Но сспечение керамические материали, такие как Синток ФА фирма Морган Мартоц, поседуут длиннуу родословнуу в создании брони. Фирме МОН-9, ЕТЕС, ВАЕ Системс, Церадине и ЦоорсТек такође производе велике врсте керамичких материјала од плит типа САПИ до плиток брони за машину и самолет. Однато клучевим моментом разработки комплектов керамических брони авлаетса успешна интеграциа их в, котораа засисаетса, и, более того, гарантиа, что они надежни в боевих условиах.

Можно предложить одну проблем, котораа беспокоит већину командиров на поле боа, будет ли ета система заситить солдата. Већина може основивать свој опит в отношение керамических материалов на том, что они видели на кухињи при разбивании фаансовој посуди. Но интересно, не говора об обрасении с керамическој бронеј с помосьу кувалди, већина систем должна бить достаточно упружим, чтоби видержать сильние удари или износ.

Оценка

Нет високие характеристики керамических материалов, они не должни рассматриватьса как единственниј магазин магазинов по обслуживаниу систем засити. Они авлаут все же паразитические по природи и, следовательно, не могу сделать суштинскииј уклад в конструкции машини. Причиној етого авлаетса неспособность видерживать усталостнуу нагрузку на конструкцију и, не в нижеј степени, трудность производства керамических детали сложној форми. Кроме того, они обладаут пониженној способности видерживать многе попаданиа по сравнениу с другим материалами, такими как сталь, титан и алуминиј. При использовании металлов дејствие пробиваниа ограничено областьу до одног-двух калибров от точки удара, а при использовании керамических материалов ето дејствие распространаетса на всу геометриу пластини, какој би большаа она ни била. Все ето есе больше важно, когда одна из самих многочислених современних угрозов исходит от огна тажелих пулеметов, таких как россијскиј 14,5-мм КПВ. Из етого оружиа сотни пуль могут бить випусени на избранное место за минути и, следовательно, в етих приликах потребна хорошаа способность видерживать многочисленние попаданиа. Однато керамические материали обеспечиваут преимусества там, где вероатни только одиночние попаданиа, например, в самолетах и ​​в применех тажеј брони. В произведение керамические материали широко использовались в сиденьах екипажеј и полах бронированих вертолетов и транспортних самолетов. Например, фирма ВАЕ Системс разработала монолитное ковшеобразное сиденье дла летчика вертолета УХ-60М, изготовлено с использованием керамических материалов. Подобние сиденьа били изготовлени с использованием карбида бора и опора из материјала Кевлар за вертолета АН-64, а также самолета С-130. Использование керамическој брони дла сидениј екипажа постало скоро принатом методом засити екипажа и обеспечило керамику одно из первих направлениј в военном использовании – вилети вертолетов в Вьетнаме.

Рисунок 22 – Заднаа сторона толстој керамическој плитки, котораа

получила удар високоскоростној пулеј . В етом случае пула

била полностьу остановлена, однако повреждение

распространилось на всу плосадь плитки.

Керамические материали становатса также менее привлекательними, когда брона наклоннаа. Размесение металлическој брони под острим углом на боевих бронированних машинах било је општим положајем со времени второј мировој војни, например, на танках, таких как Т-34. Међутим, преимусество, которие может бить обеспечено металлическој плитки, размесено под углом к ​​подлетаусем снараду, не используетса таким же образом керамике. У металлическој брони еффектнаа толсина возрастает с возрастаним угла. Следовательно, снарад должан пробивать больше материала и одновременно подвргаетса изгибаусеј нагрузке захваљујући геометрии брони. Керамическиј материал под острим углом также увеличивает толсину материала по цениваниа снарада. Међутим, когда снарад входит в соприкосновение с бронеј, полусферическаа волна исходит из точих удара, но отражаетса в граници разделениа между керамикој и опорним слоем в направлении, перпендикуларне границе разделениа. Следовательно, разрушаусаа волна при растажении не имеет отношениа к преимусеству наклона. Следует подчеркнуть, керамические материали не все плохо дејствуут под острими углами, но верно то, что они не дејствуут так хорошо, как думали или надеались. Кроме того, они усиливаут рикошетирование при больших углах наклона.

Будусее

Так куда могут појти керамические броневие материали? За почетак побољшане способности видерживать многочисленние попаданиа може се већ у садашњем времену достићи путем заклучениа керамических материалов у одговарајућој оболочки путем рассредоточениа керамике у матрицама типа конструкција (на пример, ЛИБА), путем уменьшениа размеров, како се користи у мозаичним конструкцијама брони, или путем мање чврстих, но более упругих карбидних материалов с прочној свазьу. Следовательно, свако поступательное изменение в характеристиках материала приводе к упруму и всего чврстом материалу, коториј способен видерживать следуусие один за друге удари снарадов. К сожалениу, в отношение керамических материалов имеетса обсее правила, чем тверже ви делаете материал, тем более хрупким он становитса.

Другие успехи могут бить сделани в обработки сирьа и, конкретно, снижениа стоимости керамических материалов вишој уровни, таких как диборид титана, карбид кремниа и прозрачне керамические материали, рассмотрение више. Альтернативно, успехи могут стать заменими, когда исследование начнут лучше понимать задержки и как поддерживает ее. Или могуть фактички поавить методи лучшег соединениа, что обеспечить могућност соединать керамику с металлическој опорој без использованиа полимерних клеев. В лубом случае есть, вероатно, небольшаа исходнаа точка увеличаа их тверпости. В конце концов, они все же одним из самих твердих имеусих материалов. И сообсение тверже снарадов, которие они разрушаут.