В настоящее время существует непрерывно возрастающая потребность в более легких и меньших по габаритам бороенихрость Ожидается, что боевые бронированные машины будут легче и меньше по габаритам благодаря повышенным треболкоческовически ильности. Этому способствует современная броневая керамика, которая является очень прочным материалом, фактически она бльско она тоблад ими характеристиками по сравнению с имеющимися самыми прочными сталями. Это полезное свойство может быть использовано для брони, в которой снаряд (пуля) o кумулятивная струя прилагнают териал.
Западные вооруженные силы увеличивают свое присутствие за границей, где основная угроза представлена знамлителя знамлите улеметов (НMG) o выстреливаемых с упором в плечо противотанковых средств типа РПГ. Эту проблему часто усугубляют политические и (или) оперативные требования, выполнение которых требует главным образом использования легких боевых бронированных машин, в основном колесных, которые по своей конструкции и ограничениям по массе отличаются довольно низким уровнем броневой защиты от огнестрельного оружия (обычно от 7,62 -мм оружия). В связи с таким положением возникает требование к производству брони, обеспечивающей лучшую защиту личного смридого и до минимума ее полной массы.
Хорошая защита в сочетании с малой массой играет важную роль в собственной защите личного состава, об это тлуд боевые действия в Ираке или Афганистане. Взять, например, личный бронежилет (IBA) сухопутных войск США. Первоначальная его концепция состояла из верхнего тактического жилета (OTV) at двух носимых керамических ющих солдата от поражения стрелковым оружием (SAPI). Однако из-за серии смертельных случаев в Ираке и Афганистане в IBA был внесен ряд дополнений. Самым значительным из них была боковая защита от огнестрельного оружия (ESBI), осуществленная улучшеннымывка бомико,свими бо ная защита с дополнительными приспособлениями, закрывающими плечи. Для этой цели были использованы пластины SAPI at ESBI, которые обеспечивают лучшую защиту от винтовочных пульской пулькой ю. Этот уровень улучшенной, но легкой защиты был достигнут только при использовании керамических материалов.
Рисунок 1 – Эта керамическая пластина SAPI, часть
бронежилета, спасла жизнь своему владельцу в Ираке.
Рисунок 2 – Новый бронежилет, обеспечивающий защиту уровня 4,
испытывается представителями научно-исследовательской лаборатории ВВС
на авиационной базе Wright-Patterson, шт. Огайо. Этот бронежилет включает новую форму керамических пластин, которые могут выдержать больше
ударов пулями, чем современные пластины, кроме того,
он имеет защитные устройства для бицепсов и ребер.
Рисунок 3 – Пластины, вставляемые в бронежилет,
находятся в массовом производстве фирмой Ceradyne.
Основные соображения по керамической броне
Большинство людей ассоциируют слово «керамика» с глиняной или фаянсовой посудой, которую они ис,льзолимю уемым на стенах ванной комнаты. Керамические материалы использовались в домашних условиях тысячелетиями, однако эти материалы стали начамиломкачер применяются в настоящее время в боевых бронированных машинах.
Слово «керамика» обозначает «обожженные вещи» at фактически современная машиностроительная керамика, подобно зна ли бует для своего производства значительного нагрева. Однако главной разницей между керамикой, которую мы выбираем для использования в качестве брони, которую мы выбираем для использования в качестве брони, ито керамико хна, хумд, вляется прочность. Современные броневые керамики являются очень прочными материалами и фактически при сжатии они могут могут быроть быльмю иеся самые прочные стали (см. Табл. 1). Это полезное свойство используется для брони, в которой снаряд или кумулятивная струя прилагают сжимающузнаряд или кумулятивная струя прилагают сжимающузнакри уа. Керамики, конечно, имеют «Ахиллесову пяту». Они слабы на растяжение и, следовательно, они способны выдерживать только очень маленькие количества деформации (удлинение до разрушения), как показывает Таблица 1. Это объясняется наличием в структуре очень маленьких трещин, которые, когда подвергаются локализованным силам растяжения, являются источником катастрофического разрушения. Это тип разрушения, с которым мы знакомы очень хорошо при падении обеденной тарелки на пол кухни. Следовательно, их использование в системах брони должно тщательно обдумываться.
Таблица 1 – Некоторые свойства броневых керамик по сравнению с катаной гомогенной броней (RHA)
| RHA | Оксид алюминия (высокой чистоты) | Карбид кремния | Диборид титана | Карбид бора | |
| Объемная плотность (кг/м3) | 7850 | 3810-3920 | 3090-3230 | 4450-4520 | 2500-2520 |
| Модуль Юнга (Гпаскаль) | 210 | 350-390 | 380-430 | 520-550 | 420-460 |
| Твердость (VHN*) | 300-550 | 1500-1900 | 1800-2800 | 2100-2600 | 2800-3400 |
| Удлинение до разрушения (%) | 14-18 | < 1 | < 1 | < 1 | < 1 |
| *VHN = число твердости по Виккерсу | |||||
Керамики в броневом применении работают sa значительной степени как элементы устройства разрыва в конструкцгиослонийции мрони. Целью этих материалов sa конструкции многослойной брони является разрыв на осколки подлетающего сногослойной брони является разрыв на осколки подлетающего снарябда сталили Другими словами, кинетическая энергия снаряда рассеивается броневым материалом разбивая снаряд на осколки и ли ли ли щихся в результате осколков в сторону от защищаемой конструкции. Другие элементы в многослойной конструкции будут действовать как «поглотители», то есть они поглощают кинетич кинетич чет пластической деформации o расслаивания, таким образом превращая ее в более низкую форму энергии, такую.
Рисунок 4 – Механизм поражения пробиванием плиты
композитной/гибридной брони.
Большинство систем брони оптимизировано для «разрыва» at «поглощения» кинетической энергии подлетающего сгродства угродства. Так, возьмем 7,62-мм/39 пулю АК-47. Примерно 6 мм подходящей керамики, связанной с полиамидной тыловой стороной, такой как Kevlar, было былоч достаточ разрушение сердечника пули. Разбивание сердечника связано также с радиальной дисперсией. То есть, осколки сердечника приводятся в движение перпендикулярно, когда снаряд пытается пробить систему. Это уменьшает плотность кинетической энергии снаряда (кинетическая энергия, деленная на площадь поперечноч) тельно, уменьшает пробивную способность.
Начало первого исследования в области типов брони, облицованной керамикой, может быть отнесено к периоду как раз после первой мировой войны, когда в 1918 году майор Невилл Монроу Хопкинз экспериментально наблюдал, что 0,0625 дюйма твердой эмали, нанесенной на подвергающуюся удару сторону стальной цели, увеличивало ее защитные возможности. Несмотря на это раннее открытие, применение керамических материалов является относительно недавним спосвиноспоспособим таких странах, как Великобритания. Однако этот способ нашел широкое использование в Советском Союзе и военнослужащими США во время вкьет на. Здесь использование керамических материалов вызвано попыткой уменьшить потери летчиков вертолетов. Halimbawa, sa 1965 году вертолет UH-1 HUEY был оснащен комплектом композитной брони с твердым покрытием (HFC еньях пилота и второго пилота. Сиденья обеспечивали защиту от 7,62-мм бронебойных (АР) боеприпасов снизу, с боков и сзади благодаря благодаря исподи а бора и основания из стекловолокна. Карбид бора является одной из самых легких керамик, которые могут использоваться в броне (at по хорошей прией). Он имеет примерно 30 % от массы стали того же объема и в то же время величину твердости, которая объема и в то же время величину твердости, которая обычсльстоть таной гомогенной броневой стали (см. Табл. 1).
Рисунок 5 – Сиденья вертолетов являются типичным примером применения
керамической брони. Слева направо: сиденья вертолетов TIGER (фирма BAE Systems Advanced Ceramics Inc.), AH-64 APACHE, sa котором используется
карбид бора жесткого прессования (фирмы Simula Inc.)
at MH-60 BLACKHAWK (фирма Ceradyne Inc.).
Конфликт, конечно, дал подъем новым идеям, а необходимость защитить экипажи вертолетов привела к обшислямд. Именно эта работа, выполненная учеными США в 1960-е годы, создала базу для совершенствования в настоякрикриче стояще стоякриче й брони.
Механизм воспрещения пробивания преграды снарядом
Прежде чем углубиться в изучение современных успехов в технологии керамической брони, полезно рассмотреть марски ема на базе керамики способна разрушать снаряды. Ранняя работа М. Л. Уилкинза и его коллег из лабораторий США создала основу для понимания того, что фактически происходит, колодит носит удар по цели с керамическим покрытием.
В момент удара ультразвуковые волны нагрузки распространяются в керамику и вдоль сердечника пули. Волны в обоих этих материалах разрушаются, для керамики это становится проблемой, когда волна сталкиваепетсрихра здела или на самом деле со связующим слоем между керамикой и ее защитным слоем. Большинство типов керамической брони в настоящее время создается при использовании полимерного связующего полего, род имеет низкую жесткость и плотность. На поверхности раздела керамики/связующего материала происходит сильное эластичное отражение, которое разбиивамич. Кроме этого, происходит сильная сдвиговая волна, которая буквально «расстегивает как молнию» полимерный связлумд отсоединяет керамическую плитку от ее опоры. Однако в это время материал под средством пробивания сжимается; конические трещины исходят от места удара и это они ведут к образованию конуса в материале, что в больслинстрава зку от пули по более широкой площади поверхности (см. рис. 6).
Рисунок 6 – Модель ANSYS AUTODYN-2D, показывающая образование
конуса нагрузки в керамике под пробивающей пулей. Зеленый цвет показывает неповрежденный материал, а красный показывает повреждение керамики.
Голубые области показывают неупругую деформацию; можно увидеть,
что пластическая деформация задней плиты происходит как раз
под образуемым нагрузочным конусом керамики.
Это первое преимущество, которое обеспечивается керамикой. Как уже упоминалось, керамика очень твердая и эта высокая твердость обеспечивает сопротивление пробиванию. Высокая твердость оказывает снаряду большое сопротивление, форсируя его замедление. Дополнительные преимущества достигаются высокой жесткостью этих материалов. Машиностроительная керамика обычно в два раза жестче стали; жесткость увеличивает свойство, называемое акустическим сопротивлением, которое воздействует на интенсивность свеность свеность ие которой направлено назад по стержню снаряда. Это очень важно, так как керамика с высоким акустическим сопротивлением приводит к высокой интенсивности слевности втолод ы на снаряд, вызывая его повреждение при растяжении.
Против кумулятивных струй, таких как образуемые гранатами РПГ-7, керамические материалы, кажется, обладагит роть востоять пробиванию. Разгадкой здесь является охрупчивание (хрупкое противодействие) материала. Струя проникает В керамику, она разивается на очень мелкие осколки В ог pet ющей струи районе. Следовательно, каверна, которая образуется под воздействием кумулятивной струи, является относительно бесфруй струи форму, когда она стремится пройти через этот материал. Интересно, обнаружено, что обычное флоат-стекло (то есть стекло, которое находится в окнах жилых домов) тавлякфч стве броневого материала против кумулятивных струй. Однако следует подчеркнуть, что эти высокие показатели проявляются при соотношении массы на массу, если сравлять. Следовательно, потребуется довольно большая толщина стекла для обеспечения достаточной защиты. Оконное стекло толщиной 3 мм не устоит против струи гранаты РПГ-7!!
Однако интересная концепция была предложена на 13-ом европейском симпозиуме по боевым бронированным машипнамтемромоверский (AFV) в военной академии Великобритании (30 апреля-2 мая 2008 года). Во время этого симпозиума профессор Манфред Хелд (изобретатель взрывной реактивной брони) обсуждал возмождрать ой реактивной брони (ERA), то есть, брони ERA, в которой в качестве материала противодействующей плиты используется стекло. Если бы использовалась прозрачная взрывная жидкость вместо обычных составов РВХ, можно было былостьспоть ERA. Однако, как почеркнул про mismong будет очень тжелой, так как заднь плита (ос о б б з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з ж ы д ччень тесocall ует ВзрыВчатое Вещество ВзрыВной защиты. Толщина неподвижной задней плиты должна быть порядка 150- 200 мм по сравнению с 10- 20 мм передуней противютлейст.
Керамические материалы обладают также хорошим механизмом упрочнения при нанесении удара при болеето высокроих хипол. Это особенно полезное свойство при воздействии кумулятивной струи, так как прочность керамики, в этом слутича этих очень высоких темпах нагрузки. Это хорошее свойство для разработчика брони. По мере увеличения прочности возрастает сопротивление пробиванию и, следовательпно, струе или снаряду все тпродивать тругидер. Именно этот механизм упрочнения делает эти материалы особенно ценными в остановке самоформирующихся порухал го ядра» (EFP). Недавно боевые части на базе EFP привлекли серьезное внимание благодаря использованию их повстанцами их повстанцами в Имираке,щиече злю сы противотанковых мин советской эпохи, в которых используются элементы EFP. Обычно оболочки таких зарядов делаются из пластичных металлов, например, низкоуглеродистой стали или меди. Получающийся в результате подрыва поражающий элемент состоит в этом случае из деформированного куволого куфлати металого аря высокой скорости, однако эти элементы относительно мягкие. В более усовершенствованных элементах EFP используется тантал (очень дорогой материал из-за его его используется тантал (очень дорогой материал из-за его использования хлефльв). Однако твердость керамики делает ее заманчивой из-за способности вызывать значительное противодействие сильномуру сильномуру Одним из примеров керамической брони для защиты от EFP является плита, устанавливаемая на некоторых машинах пощд тдния
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
Оксид алюминия
В 1980-е годы в большинстве систем защиты на основе керамики, которые использовались на поле боя, уполе боя, уполе боя, употре блясил иначе как глинозем (alumina). Оксид алюминия относительно недорогой в производстве и даже довольно тонкие элементы защиты на производстве и даже довольно тонкие элементы защиты защиты на его сто бливить ого оружия, выстреливаемые с высокой скоростью. Как отметил в 1995 году С. Дж. Роберсон из фирмы Advanced DefenseMaterials Ltd ругими керамическими/композиционными материалами. А сри иолзовании систем с карбидом кремния и карбидом бора дополнительная блллистsanyonal хх з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з з льных дополнительных затратах. Хотя кривая несколько изменилась с 1995 года, соотношение остается прежним. Существует оптимальное по высокой стоимости решение для относительно небольшого улучшения баллистическитериха. Однако преимущество добавленной защиты от огнестрельного оружия (хотя и небольшой) может быть заманчивлим, манчивлим асса, например, в самолетных или личных (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 защиты личного состава, а также в систащемих . В Великобритании первая система защиты для личного состава массового производства, в которой использовались кетравич кетрим еверной Ирландии. Базовая мягкая система защиты, известная как боевая личная броня (СВА), является составной и состоит из оголоновит и полиамидного волокна, к которому могут добавляться 1-кг плиты из композиционного материала с полиамидныбколкоц для обеспечения защиты сердца и основных органов от высокоскоростных винтовочных пуль (см. рис. 10). 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.
Карбид бора
Несмотря на экономическую эффективность и способность оксида алюминия остановить большинство пульсинство пульвогитре пульвость о хорошей эффективности по массе, свой путь на рынок керамической брони нашли другие керамические материалы. Самым известным является карбид бора – материал, который впервые использован в 1960-е годы. Он невероятно твердый, но также невероятно дорогой и поэтому он используется только в самых экстремалхих но компенсировать несколько грамм массы броневой структуры, halimbawa, как в сиденьях экипажа самолета V22 OSPREY Другой пример использования карбида бора был в производстве системы усиленной личной защиты (ЕВА). Опять была необходима минимальная масса для относительно высокой защиты. Она была введена британскими сухопутными войсками для обеспечения защиты от 12,7-мм пуль со стальным семд комплект «тупой травмы». Тупая травма происходит, когда защита не пробивается, но передача импульса удара вызывает большую делоц ю к ушибам, серьезным травмам основных органов и даже смерти.
Карбид бора производился фирмой BAE Systems Advanced Ceramics Inc ему личной защиты-бронежилет (IBA). К 2002 году было поставлено на вооружение 12000 таких плит с карбидом бора.
Рисунок 12 – Новый процесс формирования карбида бора, разработанный
институтом технологии штата Джоржия, позволяет создавать сложные
изогнутые формы для использования в касках и других элементах
личной защиты. На снимке показана опытная каска малого масштаба.
Карбид бора является материалом в высокими характеристиками. Однако кроме невероятной твердости, которой обладает этот материал, и его невероятно низкой плотности, от имости аток. В последние годы есть некоторые основания предполагать, что он не будет действовать так хорошо, как ожидаюпрот, что он не будет действовать так хорошо, как ожидаюпрот, пиваникост лями с плотным сердечником. Это, как полагают, обусловлено физическими изменениями, которые происходят с материалом, когда он силсуря ываемому этими боеприпасами. Фактически при испытании с неопределенным алюминиевым материалом в качестве опоры есть основание предполагать, предполгароть зе карбида вольфрама определенные марки карбида бора действуют также хорошо, как и преграды из окисла алюм. Это несмотря на бóльшую твердость карбида бора. Обнаружено также, что когда карбид бора связан с слоистым пластиком, армированным волокном, происходит явлукрот. Это происходит там, где обнаруживается двойная скорость V50 (скорость, при которой ожидается, что 50 % снарядротюбпоть). Раскрытия (действия) двойной скорости V50 обычно объясняются переходом от пробивания цели неповрежденным снарюдим ным снарядом на более высоких скоростях. Однако работа научно-исследовательской лаборатории сухопутных войск США показала, что воздействие при болькосипо при боль0шипо материал, облицованный карбидом бора, происходит в связи с изменением в процессе образования осколков керамики. Тем не менее, вывод из этих результатов означает, что толщина плиты из карбида бора должна быть больше, чибоч, чем защищать от этих плотных сердечников снарядов с высокой скоростью. Имеется много данных, которые показывают, что карбид бора является хорошим керамическим материалом для слях для сля сильность бойных 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.
Карбид кремния
В последние годы другие керамические материалы также показали значительную перспективу в обеспечении защигит один из них не оказался более эффективным, чем подверженные горячему прессованию образцы карбтоды крепромния, чем подверженные горячему прессованию образцы карбтоды крепромния ША, такими как BAE Systems at CeradyneInc. Фирма Ceradyne, в частности, имеет длинную родословную в производстве керамических плиток для применения с ленения с лечив ной в этот процесс с 1960-х годов. Этот материал производится под объединенными нагревом и давлением, чтобы изготовить неверояотно прочное, прочное, изделием ечивает высокое сопротивление пробиванию боеприпасами стрелкового оружия, at также снарядами APFSDS. Во время изготовления обычно достигаются температуры примерно 2000°С.
Карбид кремния, в частности, показал невероятное сопротивление пробиванию, вызванному явлением, известным какврево. Говоря просто, «задержка во времени» это, когда снаряд, кажется, буквально сидит (отсюда «задержка») на повикрокрото сле удара. Э явление, которое можно Видеть при исползоВании технологий Высокоскорост nagagamit Вается главны образом тем, что керамика представляется более прочной, ч kaya диально по поверхности керамики. Хотя это явление наблюдалось в начале 1990-х лабораториями сухопутных войск США, ученые все езще плясать ым оно поддерживается в керамике. Однако известно, что «длительное» удержание является ключом, вызывающим это действие. Одним способом, которым этого можно достичь, является использование типа горячего прессования для капсулиераникпо ских накладок. Следствием этого процесса является вызывание высоких сжимающих напряжений в керамическом материало помстеглостраво таллических и керамических слоев при охлаждении. Эта предварительная нагрузка в конечном счете обеспечивает керамике преимущество. Второе преимущество обеспечивается окантовкой керамического материала металлическими накладками и увеличением возмист енные попадания. Это ограничение действует для сохранения всех осколков в едином объеме и, следовательно, увеличивает эрозиспод нительных выстрелах.
Относительно недорогой карбид кремния может производиться также посредством процесса, известного как соединкнице. Этот процесс обеспечивает точный размер керамического изделия, тогда как другие традиционные методы обраблют методы обраблот о из-за высоких температур и давления. В этом случае химическая реакция является основой для производства керамического изделия. Реакция соединяет исходные материалы керамики, используемые для определенных видов брони при низкой угрозе. Однако часто в структуре керамики откладываются побочные продукты в форме «пудлинговых криц», которые бомлаксто которые мограт ике. Для карбида кремния, полученного соединительной реакцией они принимают вид кремния - относительно мягкогола ма.
Рисунок 14 – Микроскопическая структура (сверху вниз): связанного
реакцией карбида кремния, спеченного карбида кремния и карбида бора.
Рисунок 15 – Новая гусеничная боевая машина PUMA является одной из
нескольких машин, которые защищены элементами керамической брони SICADUR (карбид кремния) фирмы CeramTec-ETEC. Эта машина
находится на вооружении германских сухопутных войск.
Другие композиционные материалы
Другие керамические материалы, например, нитрид кремния и нитрид алюминия показали относительно малую перспеплидрад еской брони.
Имеются сообщения, что нитрид алюминия был принят на некоторых бронированных машинах, однако их немного. Ang яВляеsanunay х удара (обning относитеueно низкой стойкостю.
Керамический материал с карбидом вольфрама также рассматривался для применения в средствах защиты и, хотя отрон но плотный (номинально в шесть раз плотнее карбида кремния), он очень прочный и вызывает высокое акустичсеникро Это последнее свойство является главным и используется в защитных устройствах (системах) для возбуждения возбуждения возбуждейния возбуждения амплитуды, что в конечном счете приводит к его разрушению. Полагаюю, ч тie о тъеyembreй с от nagON ми (ар) боеприпасами, такой материал может обеспечить потенциальные Возожностanong ээосраомрабабз oso с нвляется определющющей.
Прозрачные керамические материалы
В последние годы проведена значительная работа по поиску альтернативы пулестойким системам остекления, которызе итрочки стекла) на таких машинах, как Humvee. Современные традиционные прозрачные системы являются относительно тяжелыми, особенно, когда они шликтя ий (окон). Это вызывает проблемы при разработке защиты легких машин. Традиционно системы остекления таких машин состоят из нескольких слоев стекла, каждый из которых отмилен по ся поликарбонатным слоем. Эти типы систем могут иметь массу до 230 кг/м2при толщине 100 мм для обеспечения защиты уровня 3 по стандарту STANAG Level 3 (mula sa 7,62-мм пуль). Стекло для окна размера машины Toyota LandCruiser at толщиной 100 мм составляет массу примерно 250 кг плюсто стальнох мид его установки. Общая масса полной системы должна быть, вероятно, значительной.
Прозрачные керамические материалы обеспечивают заманчивую альтернативу пулестойким системам остекления, тамикрикия ую им твердость, которая гораздо больше твердости оконного стекла. Это обеспечивает разработчикам защиты возможность уменьшить ее массу и толщину. В настоящее время существуют три жизнеспособных варианта материала для использования в прозрачных элементах защиты , защит люминия или ALON, алюмомагнезиальная шпинель или шпинель и однокристаллический оксид алюминия (сапфир).
Оксинитрид алюминия или ALON может быть получен в качестве прозрачной поликристаллической керамики путем обрабхоткики , оторые используются для получения обычной непрозрачной машиностроительной керамики. Обычно ALON будет производиться из предварительно синтезированного порошка, которому затем может придаваться формат мормат азотной атмосфере.
Рисунок 16 – Этот испытательный кусок прозрачной брони,
изготовленный из ALON, выдержал удар 7,62-мм пули.
Шпинель может быть поучена путем уплотнения коммерчески доступного порошка либо путем горячего прессования прессования, лим . Кроме того, для улучшения механических свойств и прозрачности требуется горячее изостатическое прессование обрацание. Этот процесс включает одновременное применение к образцу равномерного давления газа и нагрева. Основным преимуществом по сравнению с одноосевым горячим прессованием является то, что давление применовихратся ях, а не просто в одном направлении. Результатом этого являются бóльшая однородность материала и микроструктуры без преимущественной ориентатопи ориентатопит, микроструктуры прочности и прозрачности.
Рисунок 17 – Многочисленные попадания 7,62-мм/54R пулями Драгунова
в прозрачную керамическую броню АМАР-Т фирмы IBD.
Рисунок 18 – Сверхлегкая защита AMAP-R плюс защита
от поражающих элементов типа ударное ядро (EFP).
В настоящее время эти три керамических материала являются дорогостоящими в производстве, а это значит, чсто их их ется для очень малых областей использования. Однако германская фирма IBDeisenroth Engineering продолжает развивать этот тип технологии разработкой своего ряда изделопди А й броневой защиты). В своем изделии АМАР-Т, где Т означает прозрачная, фирма использует прозрачные керамические прозрачная, фирма использует прозрачные керамические прозрачная прозрачная, фирма использует прозрачные керамические материаляты материалыроды 4 по стандарту STANAG. Эти данные означают, что этот тип защиты сможет успешно остановить многочисленные удары с близкого расмсто 5/5бного и боеприпасами Драгунова со стальным сердечником. Достижение защиты уровня 4 по стандарту STANAG с помощью прозрачной брони является впечатляющим при наличия наличии угд 4 пулей В32 с расстояния 200 м при скорости 911 м/с.
Новые подходы
В отличие от средств защиты для личного состава (бронежилет) броня машин не ограничивается потребностью в гибкосто; скорее обычно желаемыми качествами являются способность выдерживать многочисленные попадания и отобеспечиприть ремер. Ранние способы использования керамических материалов включали заделку керамических сфер в переднюю переднюю переднюю част частоть скоть вных боевых танков для обеспечения отклонения и эрозии бронебойного снаряда. Это занятие интеграцией продолжалось с некоторыми танками Т-72 и Т-80. Однако большинство керамических систем изготавливалось как дополнительный комплект, то есть, систетомоть элбмроенто к корпусу машины. Эти дополнительные комплекты состоят из керамических материалов, используемых в сочетании со слоями дмалугих е видны пользователю.
Одним таким примером яВляется система huling (техника легкой дополниsane на машинах lav (8х8). Система брони LAST состоит из шестигранных модулей керамической брони, которые крепятся к корпусу машины машины с люще с надавливании. Плитки могут укладываться (слоями) для повышения уровня защиты, затем может применяться баллистическая обшигнипна расу. Были разработаны подобные образцы, в которых использовались крепежные крюки и петли Velcro для установки керамихначски целью снижения сложности работ на театре военных действий (в боевой обстановке).
Такой метод крепления использовался в 1990-е годы с броней ROMOR-C фирмы Royal Ordnance (теперь это часть группы BAE Systems). Эта броня состояла из слоев керамики из оксида алюминия, приклеенных к GFRP(стеклопластиковойц. Обнаружено, что этот тип соединения, который используется в производстве брони такой конструкции, являзется мич начительное снижение характеристик, если производитель не использует правильный клей. Обычно желательна хорошая прочная связь, которая не допускает никакого скольжения между задней поверхнысмикиклю ентом, с которым она соединена. Хотя какая-то работа, направленная на совершенствование качеств клея и производилась, она имела относительно малех. Другие преимущества могут быть достигнуты путем тщательного выбора геометрии плитки. Например, шестиугольные плитки удовлетворяют требованиям (см. систему LAST), так как они сводят до минимумительцирям Недавно научно-техническая лаборатория министерства обороны Великобритании запатентовала шестиугольный элемент для имипоя для имипоя ке. Этот особый элемент имеет выступы, которые отделяют его от соседних, предотвращая, таким образом расдрасировать лны) по броне.
Предотвращение распространения ударной волны от плитки к плитке не является новой идеей и фактичетоки нетдуто уступает разумному решению Советского Союза вставлять керамические сферы в башни его танков. Одной из более успешных систем брони, в которых используется этот метод, является легкая усовершенствонранся ения огнестрельным оружием (LIBA), разработанная фирмой Mofet Etzion Ltd (Израиль). Эта броня состоит из многочисленных керамических элементов, которые вставляются в резиновую матцриу. Эта броня может производиться так, что она обеспечивает защиту от 14,5-мм бронебойно-зажигательных (API) б.льных (API) блимип б е преимущество, заключающееся в том, что отдельные элементы могут быть заменены после их повреждения. Панели сохраняют также определенную степень гибкости и для более низких уровней защиты могут составлять составлять составлять составлять составлять Следовательно, она может использоваться для защиты личного состава (в бронежилетах), где, как утверждают, отверждают, от т многих попаданий благодаря своей многосегментной конструкции. Ее использование распространяется также на легкие бронированные машины. Она использована на машинах Stryker сухопутных войск США, находящихся на вооружении в Ираке и Афганистане.
Рисунок 19 – Крупный план модуля брони LIBA (легкой усовершенствованной брони, защищающей от поражения огнымисмлрео)
фирмы Mofet Etzion, показаны открытые шарики керамической брони.
Рисунок 20 – Результати испытания стрельбой плиты LIBA
убедительно демонстрируют способность материала выдерживать
многочисленные попадания.
Другие новые методы в разработке брони включают использование того, что известно как материалы, сортирузимльнпо м (FGM). Первоначально они исследовались sa конце 1960-х годов и в последние годы опять вызвали интерес. FGM является единой структурой, которая максимизирует преимущества керамики тем, что поверхность удара будедот тут, будет тут еталлическими и, следовательно, обеспечивают хорошую пластичность и ударную вязкость. Это метод разрушителя/поглотителя, который мы ранее рассматривали. Такие материалы обычно состоят из керамической передней панели, спеченной с последующими слоямита с млалнисд. Металлокерамические разрушающие слои могут так же использоваться в качестве наружных (передних). Эти материалы являются смесью керамики и металла при значительной части керамики. Halimbawa, лаборатории сухопутных войск еми слоев, каждый с более высоким содержанием титана по мере того, как образец рассматривается от передней стопод) Задняя поверхность состоит из чистого титана. Броня из алюминиевого сплава с облицовкой материалом FGM обеспечила лучшую защиту от 14,5-мм снаряногпо В32 г ной броней (RHA). Потенциальным преимуществом этих материалов является то, что они могут обеспечивать лучшую защиту от многамид , однако современные данные говорят, что их характеристики все еще ниже характеристик более обычных броневих хра.
Композиционные материалы с металлической матрицей (ММС) также подали некоторую надежду в обеспеченичении увеличении многие попадания по сравнению с керамическими материалами. Один такой образец предлагает фирма Exote Oy. Она произвела композиционный материал с металлической матрицей на основе карбида титана, который, который, как заявплядю т ет зону повреждения, которая лишь на 20-30 % больше площади поперечного сечения пули. Композиционный материал с металлической матрицей применяется способом, подобным большинству керамической применяется способом, подобным большинству керамическилемд ым материалом, либо со сталью, алюминием, либо с волокнистым композиционным материалом. При ударе конус (рассмотренный ранее) распространяет нагрузку снаряда по относительно большой площади поверхножо поверхни ность кинетической энергии, действующей на опорный материал. Твердые частицы карбида титана (~ 1500 VHN) разрушают снаряд, но благодаря относительно жесткой металеллическото ны частицы, распространение трещин ограничено. Производители утверждают, что 7,62-мм – 51 мм пуля WC-Co может быть остановлена броней с конструкционгой лимди/22, которая создана композиционным опорным материалом с волокном из ароматического полиамида. Эти композиционные материалы с металлической матрицей могут производиться при использовании процесса самогораспро рного синтеза (SHS).
Рисунок 21 – Броня Exote фирмы Exote Oy разбивает пробивающий
снаряд и исключает поражение. Удар дробится и распределяется
по большей конусообразной поверхности, которая эффективно
поглощает энергию снаряда.
Коммерческие варианты
В эти дни существует много вариантов керамических плиток для приобретения систем личной защиты и полных комплихникто евых бронированных машин. Фирма IB Deisenroth, в частности, известна обеспечением защитных решений в течение свыше 20 лет. Ранним примером применения ее брони является система MEXAS (модульная, поддающаяся изменению система брони), Ранним примером 113 для действий в Боснии. Представители фирмы установили также подобную систему на разработанную фирмой Mowagмашину LAV III (8х8), опять же дсухихух В обоих этих примерах броня из керамических плиток MEXAS была успешно установлена снаружи металлических корпусих корпусих. Эта броня установлена также на боевую машину Stryker США для обеспечения защиты от 14.5-ммм бронебойных пльониб ся, что она не устанавливается на машины во время мирной боевой подготовки, так как она добавляет к масны масны мати 3
Имеется также много поставщиков керамического сырья, хотя мы испытываем в Европе до некоторой степеничени тепени орячего прессования. Керамика горячего прессования имеет тенденцию быть прочнее и обеспечивать лучшую защиту от огнестреольного типы керамики заманчивы для создания брони. Однако спеченные керамические материалы, такие как Sintox FA фирмы Morgan Martoc имеют длинную родословную в созроднии. Фирмы МОН-9, ЕТЕС, ВАЕ Systems, Ceradyne at CoorsTek также производят большой ряд видов керамических материбточ лив ток брони для машин и самолетов. Однако ключевым моментом разработки комплектов керамический брони является успешная интеграция их , систобу, систома ее того, гарантия, что они надежны в боевых условиях.
Можно предположить одну проблему, которая беспокоит большинство командиров на поле боя, будет ли эта сищилда Болшинство может основыВать сВой оыыт В отношении керамических оаатериалов на то ч ч оuring Видел½ н к к к к к к к к н аянсовой посуыы. Но интересно, не говоря об обращении с керамической броней с помощью кувалды, большинство систем дылжноч болжно выдержать сильные удары или износ.
Оценка
Несмотря на высокие характеристики керамических материалов они не должны рассматриваться как единственный милаловский магага ю систем защиты. Они являются все же паразитическими по природе и, следовательно, не могут сделать существенный вклад в кошню Причиной этого являются их неспособность выдерживать усталостную нагрузку на конструкцию и, не в метрьпдуд ва керамических деталей сложной формы. Кроме того, они обладают пониженной способностью выдерживать многие попадания по сравнению с другими матимиста,териать люминий. При использовании металлов действие пробивания ограничено областью до одного-двух калибров от точки удара, а пилькипрази риалов это действие распространяется на всю геометрию пластины, какой бы большой она ни была. Все это еще более важно, когда одна из самых многочисленных современных угроз исходит от огня тяжлелмх ий 14,5-мм КПВ. Из этого оружия многие сотни пуль могут быть выпущены по выбранному месту за минуты и, следовательнох, тхлустих я способность выдерживать многочисленные попадания. Однако керамические материалы обеспечивают преимущества там, где вероятны лишь одиночные попадания, напленихирм, тяжелой брони. В результате керамические материалы широко использовались в сиденьях экипажей и полах бронированных вертолетов итмраных вертолетов итрных Halimbawa, фирма ВАЕ Systems разработала монолитное ковшеобразное сиденье для летчика вертолета UH-60M, изголеникпер ских материалов. Подобные сиденья были изготовлены с использованием карбида бора и опоры из материала Kevlar для вертолета А3 амакта АН-6Д Использование керамической брони для сидений экипажа стало почти принятым методом защиты экипажа и обеспекихрам правлений в военном использовании – вылеты вертолетов во Вьетнаме.
Рисунок 22 – Задняя сторона толстой керамической плитки, которая
получила удар высокоскоростной пулей . В этом случае пуля
была полностью остановлена, однако повреждение
распространилось на всю площадь плитки.
Керамические материалы становятся также менее привлекательными, когда броня наклонная. Размещение металлической брони под острым углом на боевых бронированных машинах было общим положенитом со вреоймим на танках, таких как Т-34. Однако преимущество, которое может быть обеспечено металлической плите, размещенной под углом к подлетающе подлетающе подлета им же образом керамикой. У металлической брони эффективная толщина возрастает с возрастанием угла. Следовательно, снаряд должен пробивать больше материала и одновременно подвергается изгибающей больше материала и одновременно подвергается изгибающей нагрузкедорибри бла. Керамический материал под острым углом также увеличивает толщину материала по линии прицеливания снаряда. Однако когда снаряд входит в соприкосновение с броней, полусферическая волна исходит из точи удара, ноготраница жду керамикой и опорным слоем в направлении, перпендикулярном границе разделения. Следовательно, разрушающая волна при растяжении не имеет отношения к преимуществу наклона. Следует подчеркнуть, керамические материалы не все плохо действуют под острыми углами, но верно то, черно то думали или надеялись. Кроме того, они усиливают рикошетирование при больших углах наклона.
Будущее
Так куда могут пойти керамические броневые материалы? Для спобала улучшенная способsangE ия керамических материалов В походщщую оболоч Yo путем расссую оболоч Yo путем расссредоточения тикикile В конoso nie тie тем уменшения разеров, как исползуется В мозаичных консocate но более упругих карбидных материалов с прочной связью. Следовательно, любое поступательное изменение в характеристиках материала приводит к упругому и все же твемрдом выдерживать следующие один за другим удары снарядов. К сожалению, в отношении керамических материалов имеется общее правил, чем тверже вы делаете матемрихал, темпил ся.
Другие успехи могут быть сделаны в обработке сырья и, в частности, снижения стоимости керамических сырья и, в частности, снижения стоимости керамическио матебрико матебриал ких как диборид титана, карбид кремния и прозрачные керамические материалы, рассмотренные выше. Альтернативно, успехи могут стать заметными, когда исследователи начнут лучше понимать роль задержки и как подедеть Или могут фактически появиться методы лучшего соединения, что обеспечит возможность соединять керамикта ли по зования полимерных клеев. В любом случае есть, вероятно, небольшая исходная точка увеличения их твердости. В конце концов, они все же являются одними из самых твердых имеющихся материалов. И значительно тверже снарядов, которые они разрушают.
Oras ng post: Set-03-2018