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 треболуниям стратегической мобильности. Этому способствует современная броневая керамика, которая является очень прочным материалом, фактически оча тоблад высокими характеристиками по сравнению с имеющимися самыми прочными сталями. Это полезное свойство может быть использовано для брони, в которой снаряд (пуля) o кумулятивная струя прилагают нагрузку на материал.
Западные вооруженные силы увеличивают свое присутствие за границей, где основная угроза представлена знамитераница тяжелых пулеметов (НMG) o выстреливаемых с упором в плечо противотанковых средств типа РПГ. Эту проблему часто усугубляют политические и (o) оперативные требования, выполнение которых требует главнымипо легких боевых бронированных машин, в основном колесных, которые по своей конструкции и ограничениям по мотясныч 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 смредо смред сведении до минимума ее полной массы.
Хорошая защита в сочетании с малой массой играет важную роль в собственной защите личного состава, об это тлад ведущий 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 керамическикд ,свеских защищающих 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 улучшеннымивка бомико,ставил расширенная защита с дополнительными приспособлениями, закрывающими плечи. Для этой цели были использованы пластины SAPI и ESBI, которые обеспечивают лучшую защиту от винтовочный пулькой пуль скоростью. 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 испольдилимю используемым на стенах ванной комнаты. Керамические материалы использовались в домашних условиях тысячелетиями, однако эти материалы стали начамлоимчал которые применяются в настоящее время в боевых бронированных машинах.
Слово «керамика» обозначает «обожженные вещи» at фактически современная машиностроительная керамика, подобно зна сви глины, требует для своего производства значительного нагрева. Однако главной разницей между керамикой, которую мы выбираем для использования в качестве брони, ито керамикодихна, дома, является прочность. Современные броневые керамики являются очень прочными материалами и фактически при сжатии они могут бытельзнчоть имеющиеся 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 деформдалициние ( разрушения), как показывает Таблица 1. Это объясняется наличием в структуре очень маленьких трещин, котогверда, котогвер 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 в значительной степени как элементы устройства разрыва в конструкцгиослонийции мрони. Целью этих материалов sa конструкции многослойной брони является разрыв на осколки подлетающего снаряслойной брони является разрыв на осколки подлетающего снаряслойной брони eго. Другими словами, кинетическая энергия снаряда рассеивается броневым материалом разбивая снаряд на осколкина и ли ли получающихся в результате осколков в сторону от защищаемой конструкции. Другие элементы в многослойной конструкции будут действовать как «поглотители», kaya naman снаряда за счет пластической деформации или расслаивания, таким образом превращая ее в более низкую формгите ин.
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 бызывать достаточ значительное 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) следовательно, уменьшает пробивную способность.
Начало первого исследования в области типов брони, облицованной керамикой, может быть отнесено к периоду капок мировой войны, когда в 1918 году майор Невилл Монроу Хопкинз экспериментально наблюдал, что 0,0625 мировой войны нанесенной на подвергающуюся удару сторону стальной цели, увеличивало ее защитные возможности. Несмотря на это раннее открытие, применение керамических материалов является относительно недавним спосохитом свойств в 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, noong 1965 году вертолет UH-1 HUEY был оснащен комплектом композитной брони с твердым покрытием (HFC), инпом бронированных сиденьях пилота и второго пилота. Сиденья обеспечивали защиту от 7,62-мм бронебойных (АР) боеприпасов снизу, с боков и сзади благодаря исполя исполя карбида 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 обычбноть твердости катаной гомогенной броневой стали (см. Табл. 1).
Рисунок 5 – Сиденья вертолетов являются типичным примером применения
керамической брони. Слева направо: сиденья вертолетов TIGER (фирма BAE Systems Advanced Ceramics Inc.), AH-64 APACHE, 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 настоякрикрище стояще керамической брони.
Механизм воспрещения пробивания преграды снарядом
Прежде чем углубиться в изучение современных успехов в технологии керамической брони, полезно рассменных успехов в технологии керамической брони, полезно рассмотреть мер которых система 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, глукодит оружия наносит 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 сталкивапетсри ся поверхностью раздела 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 связующего, материй по природе 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 связлима следовательно, отсоединяет керамическую плитку от ее опоры. Однако в это время материал под средством пробивания сжимается; конические трещины исходят от места удара и это они ведут к образованию конуса в материале, что в больешинство распространяет нагрузку 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 воздействие которой направлено назад по стержню снаряда. Это очень важно, так как керамика с высоким акустическим сопротивлением приводит к высокой интенсивностийстийсти ультразвуковой волны на снаряд, вызывая его повреждение при растяжении.
Против кумулятивных струй, таких как образуемые гранатами РПГ-7, керамические материалы, кажется, обладагич обладагит способностью противостоять пробиванию. Разгадкой здесь является охрупчивание (хрупкое противодействие) материала. Когда кумулятивная струя проникает в керамику, она разбивается на очень мелкие осколки в ограниченном длаля маром районе. Следовательно, каверна, которая образуется под воздействием кумулятивной струи, является относительно бесрной струи свою форму, когда она стремится пройти через этот материал. Интересно, обнаружено, что обычное флоат-стекло (то есть стекло, которое находится в окнах жилых домов) талямфкло в качестве 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 машипнамро (AFV), AFV университетом Cranfield University sa военной академии Великобритании (30 апреля-2 мая 2008 года). Во время этого симпозиума профессор Манфред Хелд (изобретатель взрывной реактивной брони) обсуждал возмождрать взрывной реактивной брони (ERA), то есть, брони ERA, в которой в качестве материала противодействующей плиты используется. Если бы использовалась прозрачная взрывная жидкость вместо обычных составов РВХ, можно было бы произвлодить распать систему ERA. Однако, как подчеркнул профессор Хелд, эта система будет очень тяжелой, так как задняя плита (основной плита (основной брод) быть очень толстой и достаточно жесткой, так чтобы она не воздействовала на сидящего за ней члена экиптожа, ктонича 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 более высокростих скраих элементов. Это особенно полезное свойство при воздействии кумулятивной струи, так как прочность керамики, в этом слунчие увеличивается при этих очень высоких темпах нагрузки. Это хорошее свойство для разработчика брони. По мере увеличения прочности возрастает сопротивление пробиванию и, следовательно, струе или снаряду все тпродивать преграду. Именно этот механизм упрочнения делает эти материалы особенно ценными в остановке самоформирующихся порхал «ударного ядра» (EFP). Недавно боевые части на базе EFP привлекли серьезное внимание благодаря использованию их повстанцами в Имираке значительные запасы 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 кувоного куфлефти, металефлати благодаря 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 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
Оксид алюминия
В 1980-е годы в большинстве систем защиты на основе керамики, которые использовались на поле боя, употре блялямд известный иначе как глинозем (alumina). Оксид алюминия относительно недорогой в производстве и даже довольно тонкие элементы защиты на его галивить стрелкового оружия, выстреливаемые с высокой скоростью. Как отметил в 1995 году С. Дж. Роберсон из фирмы Advanced DefenseMaterials Ltd, имеются значительные улучшения характеристик систем защиты при использовании окиниюд сравнению с другими керамическими/композиционными материалами. А при использовании систем с карбидом кремния и карбидом бора дополнительная баллистическая характеристика мала при тельных тельных 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 заманчивлитым, минимальная масса, 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 кетрамич кетрами введена в Северной Ирландии. Базовая мягкая система защиты, известная как боевая личная броня (СВА), является составной и состоит из огоснов найлонового и полиамидного волокна, к которому могут добавляться 1-кг плиты из композиционного матерималамилкид облицованные керамикой для обеспечения защиты сердца и основных органов от высокоскоростных винтовочнь ( .0мрих). 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 at способность оксида алюминия остановить большинство пульругилкрик относительно хорошей эффективности по массе, свой путь на рынок керамической брони нашли другие керамичестекие керамичестекие. 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 желательно компенсировать несколько грамм массы броневой структуры, например, как в сиденьях экипажа са2млета са2млета. 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 нислаоч семд себе комплект «тупой травмы». Тупая травма происходит, когда защита не пробивается, но передача импульса удара вызывает большую делоц, делю ведущую к ушибам, серьезным травмам основных органов и даже смерти.
Карбид бора производился фирмой BAE Systems Advanced Ceramics Inc. (официально Cercom) at интегрировался в виде вставок, защищающих от PI в систему личной защиты-бронежилет (IBA). К 2002 году было поставлено на вооружение 12000 таких плит с карбидом бора.
Рисунок 12 – Новый процесс формирования карбида бора, разработанный
институтом технологии штата Джоржия, позволяет создавать сложные
изогнутые формы для использования в касках и других элементах
личной защиты. На снимке показана опытная каска малого масштаба.
Карбид бора является материалом в высокими характеристиками. Однако кроме невероятной твердости, которой обладает этот материал, и его невероятно низкой плотности, от ими недостаток. В последние годы есть некоторые основания предполагать, что он не будет действовать так хорошо, как ожидаюпрот, пивать высокоскоростными пулями с плотным сердечником. Это, как полагают, обусловлено физическими изменениями, которые происходят с материалом, когда онг подльсуря удару, вызываемому этими боеприпасами. Фактически при испытании с неопределенным алюминиевым материалом в качестве опоры есть основание предполагать, хит снарядов на базе карбида вольфрама определенные марки карбида бора действуют также хорошо, как и преградисимила . Это несмотря на бóльшую твердость карбида бора. Обнаружено также, что когда карбид бора связан с слоистым пластиком, армированным волокном, происходит явлодит промежутков». Это происходит там, где обнаруживается двойная скорость V50 (скорость, при которой ожидается, что 50 % снарядротьспою цель). Раскрытия (действия) двойной скорости V50 обычно объясняются переходом от пробивания цели неповрежденным мникраюдом снарю разрушенным снарядом на более высоких скоростях. Однако работа научно-исследовательской лаборатории сухопутных войск США показала, что воздействие при болькосий страи композиционный материал, облицованный карбидом бора, происходит в связи с изменением в процессе образовалкикрако . Тем не менее, вывод из этих результатов означает, что толщина плиты из карбида бора должна быть больше, чем лем чтобы защищать от этих плотных сердечников снарядов с высокой скоростью. Имеется много данных, которые показывают, что карбид бора является хорошим керамическим материалом для испя для 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.
Карбид кремния
В последние годы другие керамические материалы также показали значительную перспективу в обеспечении защогносты т оружия, но ни один из них не оказался более эффективным, чем подверженреные горячему прессованию образмицды образмцды производятся фирмами США, такими как BAE Systems at CeradyneInc. Фирма Ceradyne, в частности, имеет длинную родословную в производстве керамических плиток для применения с целуния с тичудю вовлеченной в этот процесс с 1960-х годов. Этот материал производится под объединенными нагревом и давлением, чтобы изготовить невероятно прочное, изделием обеспечивает 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 повикрократо время после удара. Это явление, которое можно видеть при использовании технологий высокоскоростной фотографии и вспышке ренсклгено вызывается главным образом тем, что керамика представляется более прочной, чем снаряд, и, следовательно, тельчнад по поверхности керамики. Хотя это явление наблюдалось в начале 1990-х лабораториями сухопутных войск США, ученые все езще птять раю механизм, которым оно поддерживается в керамике. Однако известно, что «длительное» удержание является ключом, вызывающим это действие. Одним способом, которым этого можно достичь, является использование типа горячего прессования для капсулированимя металлических накладок. Следствием этого процесса является вызывание высоких сжимающих напряжений в керамическом материало помстеплство рассогласования металлических и керамических слоев при охлаждении. Эта предварительная нагрузка в конечном счете обеспечивает керамике преимущество. Второе преимущество обеспечивается окантовкой керамического материала металлическими накладками и увеличением вдозми многочисленные попадания. Это ограничение действует для сохранения всех осколков в едином объеме и, следовательно, увеличивает эброзиспод при дополнительных 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 обраблотя получить этого из-за высоких температур и давления. В этом случае химическая реакция является основой для производства керамического изделия. Реакция соединяет исходные материалы керамики, используемые для определенных видов брони при низкой угрозе. Однако часто в структуре керамики откладываются побочные продукты в форме «пудлинговых криц», которые обслауст в керамике. 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 малувю персвепстидрод керамической брони.
Имеются сообщения, что нитрид алюминия был принят на некоторых бронированных машинах, однако их немного. Нитрид алюминия является странным материалом, эта странность заключается в том, что он работает лучше причокнусти (обладает высокой стойкостью), однако при баллистических скоростях, встречаемых на сегодняшнем поле боя, телонтоб низкой стойкостью.
Керамический материал с карбидом вольфрама также рассматривался для применения в средствах защиты и, хотя осин терод довольно плотный (номинально в шесть раз плотнее карбида кремния), он очень прочный и вызывает высокостеч сеникроти удару. Это последнее свойство является главным и используется в защитных устройствах (системах) для возбуждейпния возбуждейния возбуждейния большой амплитуды, что в конечном счете приводит к его разрушению. Полагают, что только объектам с относительно тонкой броневой защитой, требующим обеспечения стойкостисти от бромрола (АР) боеприпасами, такой материал может обеспечить потенциальные возможности экономии заброневого пространста, пространста является определяющей.
Прозрачные керамические материалы
В последние годы проведена значительная работа по поиску альтернативы пулестойким системам остекления, которыз испочать ветрового стекла) на таких машинах, как Humvee. Современные традиционные прозрачные системы являются относительно тяжелыми, особенно, когда они требитю больших секций (окон). Это вызывает проблемы при разработке защиты легких машин. Традиционно системы остекления таких машин состоят из нескольких слоев стекла, каждый из которых отмслен по удерживается 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 и толщиной 100 мм составляет массу примерно 250 кг плюс стальзнойд мин толщины для его установки. Общая масса полной системы должна быть, вероятно, значительной.
Прозрачные керамические материалы обеспечивают заманчивую альтернативу пулестойким системам остекления, тамити таки присущую 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 защит защит оксинитрид алюминия o ALON, алюмомагнезиальная шпинель или шпинель и однокристаллический оксид алюминия ().
Оксинитрид алюминия o ALON может быть получен в качестве прозрачной поликристаллической керамики путем обрагхтехтелки маршрутов, которые используются для получения обычной непрозрачной машиностроительной керамики. Обычно ALON будет производиться из предварительно синтезированного порошка, которому затем может придаваться формат ми порошка спекаться в азотной атмосфере.
Рисунок 16 – Этот испытательный кусок прозрачной брони,
изготовленный из ALON, выдержал удар 7,62-мм пули.
Шпинель может быть поучена путем уплотнения коммерчески доступного порошка либо путем горячего прессования, лим давления. 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 применовихнатся направлениях, а не просто в одном направлении. Результатом этого являются бóльшая однородность материала и микроструктуры без преимущественной ориентапи ориентапит и микроструктуры высоким прочности и прозрачности.
Рисунок 17 – Многочисленные попадания 7,62-мм/54R пулями Драгунова
в прозрачную керамическую броню АМАР-Т фирмы IBD.
Рисунок 18 – Сверхлегкая защита AMAP-R плюс защита
от поражающих элементов типа ударное ядро (EFP).
В настоящее время эти три керамических материала являются дорогостоящими в производстве, а это значит, чсто лих их резервируется для очень малых областей использования. Однако германская фирма IBDeisenroth Engineering продолжает развивать этот тип технологии разработкой своего рятида издепрпй А модульной броневой защиты). В своем изделии АМАР-Т, где Т означает прозрачная, фирма использует прозрачные керамические материал по материалыш уровня 4 по стандарту STANAG. Эти данные означают, что этот тип защиты сможет успешно остановить многочисленные удары с близкого расмст/54я бронебойными боеприпасами Драгунова со стальным сердечником. Достижение защиты уровня 4 по стандарту STANAG с помощью прозрачной брони является впечатляющим при нализения угрод 14,5-мм/114 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 часоть часоть часоть советских основных 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, систетомо элброгние, лимто крепиться к корпусу машины. Эти дополнительные комплекты состоят из керамических материалов, используемых в сочетании со слоями дмалугих обычно не видны пользователю.
Одним таким примером является система LAST (техника легкой дополнительной системы), которая использоваласто морской схна п LAV (8х8). Система брони LAST состоит из шестигранных модулей керамической брони, которые крепятся к корпусу машины с юлещ склеивающего при надавливании. Плитки могут укладываться (слоями) для повышения уровня защиты, затем может применяться баллистическая обшленипрад сигнатурой. Были разработаны подобные образцы, sa которых использовались крепежные крюки и петли Velcro для установки керамихначелиски машин с 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, является шиш замечено значительное снижение характеристик, если производитель не использует правильный клей. Обычно желательна хорошая прочная связь, которая не допускает никакого скольжения между задней поверхносмикики конструктивным элементом, 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 минимумистельрям границ. Недавно научно-техническая лаборатория министерства обороны Великобритании запатентовала шестиугольный элемент для испоя для испоя компоновке. Этот особый элемент имеет выступы, которые отделяют его от соседних, предотвращая, таким образом раснипрое (ударной волны) по броне.
Предотвращение распространения ударной волны от плитки к плитке не является новой идеей и фактичестки нетдуто что она 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 усовершенствонсящащан от поражения 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) бсимрив дополнительное преимущество, заключающееся в том, что отдельные элементы могут быть заменены после их по. Панели сохраняют также определенную степень гибкости и для более низких уровней защиты могут составлять составлять составлять форме. Следовательно, она может использоваться для защиты личного состава (в бронежилетах), где, как утверждают, отечучот защиту от 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 огнемстмрео) израильской
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, сортируифлунье того возможностям (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 тнив будут металлическими 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 слоями с молниси металла. 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 США провели эксперименты с моноборидом титана, который уплотнетамлик состоит из семи слоев, каждый с более высоким содержанием титана по мере топо, как образец рассматривается от лин (поверхности удара) к задней. Задняя поверхность состоит из чистого титана. Броня из алюминиевого сплава с облицовкой материалом FGM обеспечила лучшую защиту от 14,5-мм снаряда В32 сравн гомогенной броней (RHA). Потенциальным преимуществом этих материалов является то, что они могут обеспечивать лучшую защиту от многимд керамика, однако современные данные говорят, что их характеристики все еще ниже характеристик более обычнывих хроч материалов.
Композиционные материалы с металлической матрицей (ММС) также подали некоторую надежду в обеспеченичении увелист выдерживать 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, как заявплядют обеспечивает зону повреждения, которая лишь на 20-30 % больше площади поперечного сечения пули. Композиционный материал с металлической матрицей применяется способом, подобным большинству керамическилемд с опорным материалом, либо со сталью, алюминием, либо с волокнистым композиционным материалом. При ударе конус (рассмотренный ранее) распространяет нагрузку снаряда по относительно большой площади поверхннижповерхно образом плотность кинетической энергии, действующей на опорный материал. Твердые частицы карбида титана (~ 1500 VHN) разрушают снаряд, но благодаря относительно жесткото металелич сускот вставлены частицы, распространение трещин ограничено. Производители утверждают, что 7,62-мм – 51 мм пуля WC-Co может быть остановлена броней с конструкционотить слюдин кг/м2, которая создана композиционным опорным материалом с волокном из ароматического полиамида. Эти композиционные материалы с металлической матрицей могут производиться при использовании процесса самограспроя высокотемпературного синтеза (SHS).
Рисунок 21 – Броня Exote фирмы Exote Oy разбивает пробивающий
снаряд и исключает поражение. Удар дробится и распределяется
по большей конусообразной поверхности, которая эффективно
поглощает энергию снаряда.
Коммерческие варианты
В эти дни существует много вариантов керамических плиток для приобретения систем личной защиты и полных компликтов легких боевых 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), устакива брони БТР М113 для действий в Боснии. Представители фирмы установили также подобную систему на разработанную фирмой Mowagмашину LAV III (8х8), опять же дсухухух войск. 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-мм бронебойных пронебойных плья говорится, что она не устанавливается на машины во время мирной боевой подготовки, так как она добавляет к масит к маси.
Имеется также много поставщиков керамического сырья, хотя мы испытываем в Европе до некоторой степенича материалов горячего прессования. Керамика горячего прессования имеет тенденцию быть прочнее и обеспечивать лучшую защиту от огнестрельногио следовательно, эти 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 материбтлоч материбточ до плиток брони для машин и самолетов. Однако ключевым моментом разработки комплектов керамический брони является успешная интеграция ихто в систома и, более того, гарантия, что они надежны в боевых условиях.
Можно предположить одну проблему, которая беспокоит большинство командиров на поле боя, будет ли эта сищилда Большинство может основывать свой опыт в отношении керамических материалов на том, что они видели на кухнонифибрия посуды. Но интересно, не говоря об обращении с керамической броней с помощью кувалды, большинство ситоть далжно систем должно упругим, чтобы выдержать сильные удары или износ.
Оценка
Несмотря на высокие характеристики керамических материалов они не должны рассматриваться как единственный мимага обслуживанию 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 метрьдую производства керамических деталей сложной формы. Кроме того, они обладают пониженной способностью выдерживать многие попадания по сравнению с другими ма,териать титан и алюминий. При использовании металлов действие пробивания ограничено областью до одного-двух калибров от точки удара, а прилипози керамических материалов 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 тяж,лелкх российский 14,5-мм КПВ. Из этого оружия многие сотни пуль могут быть выпущены по выбранному месту за минуты и, следовательэчно, тхя хорошая способность выдерживать многочисленные попадания. Однако керамические материалы обеспечивают преимущества там, где вероятны лишь одиночные попадания, наплесхир, применениях 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, изготольмле керамических материалов. Подобные сиденья были изготовлены с использованием карбида бора и опоры из материала Kevlar для вертолета АН-64 С-130. Использование керамической брони для сидений экипажа стало почти принятым методом защиты экипажа и обеспекидрам первых направлений 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 роврой мен halimbawa, на танках, таких как Т-34. Однако преимущество, которое может быть обеспечено металлической плите, размещенной под углом к подлетающему используется таким 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, ноготраят разделения между 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, чвто тони хорошо, как думали или надеялись. Кроме того, они усиливают рикошетирование при больших углах наклона.
Будущее
Так куда могут пойти керамические броневые материалы? Для начала улучшенная способность выдерживать многочисленные попадания может уже в настоящее время достигать время достигаться керамических материалов в подходящую оболочку путем рассредоточения керамики в конструкции типа матрицы, темьник размеров, как используется в мозаичных конструкциях брони, o путем использования менее твердых, но болегих у материалов с прочной связью. Следовательно, любое поступательное изменение в характеристиках материала приводит к упругому и всето же твемрдому способен выдерживать следующие один за другим удары снарядов. К сожалению, в отношении керамических материалов имеется общее правил, чем тверже вы делаете матемриалол, темпил становится.
Другие успехи могут быть сделаны в обработке сырья и, в частности, снижения стоимости керамическио матебриких матебриких уровня, таких 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 спор использования полимерных клеев. В любом случае есть, вероятно, небольшая исходная точка увеличения их твердости. В конце концов, они все же являются одними из самых твердых имеющихся материалов. И значительно тверже снарядов, которые они разрушают.
Oras ng post: Set-03-2018