Керамика для защитоударных устройств

Впервые требования к пригодности керамического материала в качестве бронезащитного были предложены Ж. Ж. Стиглицем в виде эмпирического критерия М = EHJр, где Е— модуль упругости, Н_к — твердость, но Анупу, р — плотность. При этом им были сделаны следующие ограничения по свойствам: Е — не менее 280 ГПа, Нк — не менее 20 ГПа и р — не более 3000 кг/м³. В наибольшей мере этому критерию и свойствам удовлетворяют материалы, приведенные в табл. 7.16. С увеличением параметра М ударостойкость керамики возрастает.

Таблица 7.16.

Состав и свойства броневой керамики.

Расчетным путем была определена группа керамических материалов, перспективных для использования в качестве ударостойких преград (табл. 7.17).

Таблица 7.17.

Физико-механические свойства некоторых ударостойких материалов.

Из табл. 7.16 и табл. 7.17 следует, что наиболее пригодны для изготовления броневой керамики материалы на основе карбида бора. Однако достаточно плотную и прочную керамику из карбида бора можно получить только высокотемпературным (примерно при 2200 К) горячим прессованием. Высокая стоимость горячепрессованых пластин, особенно при массовом производстве (около миллиона шт. в год), обусловливает необходимость отдавать предпочтение другим материалам, из которых наиболее перспективен оксид алюминия. В связи с этим пластины из карбида бора используются для защиты кресел и автоматических систем управления вертолетов, его экипажа, десанта и первой линии атакующих, т. е. везде, где низкая плотность карбида бора, а, следовательно, и легкость керамической броневой защиты имеют первостепенное значение при прочих равных условиях. Алюмооксидная керамика применяется в качестве защиты живой силы и техники сухопутных и военно-морских войск. Благодаря высокой температуре плавления, большой твердости и наибольшему модулю упругости при невысокой плотности горячепрессованый диборид титана применяется для защиты от наиболее тяжелых видов воздействия, например, от бронебойных и бронепрожигающих противотанковых снарядов. Кроме этих материалов в современной практике пассивной защиты нашел применение самосвязанный карбид кремния, который по своим свойствам (табл. 7.16) и стоимости занимает промежуточное положение между карбидом бора и оксидом алюминия.

В современных средствах пассивной защиты техническая керамика применяется в качестве основного элемента композиционной брони, имеющей слоистую конструкцию, в которой керамика воспринимает ударную и тепловую нагрузку. Последовательно соединенные керамические пластины (размером, как правило, 0,05×0,05 м или 0,01×0,01м) на подложке из стеклопластика или с середины 70-х годов прошлого столетия кевлара^[1] способны достаточно надежно остановить летящий снаряд и (даже разрушившись) защитить от пего.

Типичная конструкция керамической брони (по данным Шоу) приведена на рис. 7.10. Для защиты от бронебойных пуль калибром 12,6 мм могут быть использованы пластины из А1₂0з толщиной 15 мм, армированные в конструкцию, содержащую 35 слоев кевлара (рис. 7.10, а). Против ударного поражения от пуль калибром 7,62 мм применяются защитные покрытия, состоящие из А1₂0з — пластин толщиной 6 мм и 12 слоев кевлара (рис. 7.10, б). Вся бронепансль, защищающая объект от пулевого воздействия, состоит из отдельных фрагментов размером 100×100 или 50×50 мм, армированных как единое гибкое изделие (рис. 7.10, в), устанавливаемое на уязвимых участках защищаемого объекта.

В некоторых применяющихся конструкциях бронежилетов, которые предназначены для защиты от поражения стрелкового оружия в условиях военных действий, предусмотрены карманы, куда вставляют либо сменные панели керамической брони, либо индивидуальные бронеэлементы. Масса таких жилетов с полным снаряжением составляет от 6 до 10 кг, а защищаемая ими площадь — 0,6 м ². Такие жилеты обеспечивают защиту от автоматных и винтовочных пуль калибром 5,56 и 7,62 мм, в том числе, с бронебойным (Б32) и термоупрочненным сердечником (ТУС), а защищаемая ими площадь — 0,6 — 0,8 м².

Рис. 7.10. Конструкция керамической бронепанели: а, б- составные элементы бронепанели для защиты от бронебойных пуль разного калибра; в — фрагмент бронепанели, собранной из элементов а, б.

Оптимальное на сегодняшний день сочетание конструктивных решений с использованием алюмооксидной керамики марки Б6 реализовано в моделях бронежилетов 6Б12 и 6Б13, обеспечивающих 6 класс защиты по ГОСТ Р 50 744−95 и принятых на вооружение Российской армией. По данным исследований США сопротивление удару современной слоистой керамической брони условно можно разделить на три части:

• 1) начальный удар, при котором кончик снаряда притупляется о керамическую пластину и кинетическая энергия снаряда расходуется на дробление поверхности пластины и выброс осколков этой поверхности и части объема;
• 2) разрушение керамики, снаряд проходит через осколки брони, дробя все последующие ее слои;
• 3) упругая деформация и растрескивание последующих слоев элемента композиционной брони из-за деформации подложки и возникновения растягивающих напряжений в керамической пластине. Остаточная кинетическая энергия снаряда поглощается упругой деформацией подложки. Следовательно, с целью продления времени между дроблением пластины и ее растрескиванием, когда пластина подвержена в основном сжимающим напряжениям, гибкий материал подложки должен быть как можно более упругим и как можно менее деформируемым. Именно поэтому используется многослойная керамическая броня в сложном составе: керамика — дюраль — кевлар.

Весьма перспективными для броневой защиты оказались материалы на основе A1N и TiB₂, а также полиамидные смолы, армированные алмазной пылыо и керамическими волокнами. Последние по своим свойствам мало отличаются от керамической брони, в составе которой используется керамика на основе В₄С.

Интересно отметить, что по данным журнала «Interceram» за 1991 год война в Персидском заливе была использована США для испытаний в том числе и керамической брони из А1₂0з, SiC, В₄С с целью защиты вертолетов и самолетов.

О перспективах применения керамических материалов для бронезащиты свидетельствует гот факт, что в программах развития армий западных стран до 2015 года предполагается освоение тысяч тонн этих материалов.

• [1] Высокомодульные, термостойкие до 470 К, стойкие к ионизирующемуизлучению, негорючие полиамидные волокна и ткани фирмы «Дюпон» типа //аи #х, отечественные аналоги СВМ, «Армос», «Русар».