Под поверхностью: исследование материалов твердых броневых пластин

Oct 31, 2023

В нашей предыдущей статье мы рассмотрели рейтинги жестких броневых пластин, изучая «уровни» защиты, обеспечиваемые бронежилетами, согласно определениям Национального института юстиции и других организаций, устанавливающих стандарты. Нашей целью было дать более четкое представление о броневых пластинах в этом контексте. Однако, как выяснилось в предыдущем посте, эти «уровни» произвольны: многие пластины расположены ниже, между или выше них (т. е. каждая пластина имеет «плюс» в описании. III+, IIIA+, IV+…).

Чтобы по-настоящему понять эксплуатационные характеристики бронеплиты, недостаточно просто знать ее назначенный уровень. Даже поверхностное понимание требует некоторых знаний о материалах, использованных в конструкции этой пластины.

Имея это в виду, давайте предоставим обзор материалов броневых листов и их эксплуатационных характеристик.

В твердых броневых пластинах обычно используются три керамических материала: оксид алюминия, карбид кремния и карбид бора.

В таблице ниже представлены средние свойства товарных марок для каждого материала, включая AD85 и RBB4C как распространенные варианты:

В таблице выше «производительность» оценивается по весу. Например, карбид кремния горячего прессования (SiC) и карбид бора, полученный реакционной связью (RBB4C), демонстрируют сопоставимую эффективность против угроз AP со стальным сердечником при учете равного веса. Это означает, что мы сравниваем плитку SiC толщиной 8 мм с плиткой RBB4C толщиной ~9,3 мм.

Вопрос о том, как механические свойства, такие как твердость и прочность на сжатие, влияют на баллистические характеристики, до сих пор не решен. Мы пока оставим это в стороне.

глинозем обычно имеет самое низкое соотношение производительности и веса из-за высокой плотности. Тем не менее, оксид алюминия на сегодняшний день является наиболее распространенным материалом для керамической брони, предназначенным для гражданского рынка и правоохранительных органов. Это связано с тем, что это эффективный и надежный материал, широко доступный, легко придающий сложные формы и, что самое главное, очень доступный. В среднем затраты производителя на ударную поверхность из оксида алюминия размером 10×12 дюймов на пластине уровня IV составляют около 20 долларов. Оксид алюминия также демонстрирует превосходные характеристики при многократном попадании по сравнению с материалами на основе SiC и B4C, что значительно способствует соблюдению таких спецификаций, как NIJ 0101.06 Level III, где требуется шесть выстрелов на пластину.

Глинозем — экономичный и широко используемый керамический материал, из которого изготавливаются надежные, хотя и более тяжелые пластины. Эти пластины часто демонстрируют хорошие характеристики многократного попадания.

Карбид кремния (SiC) предлагает наиболее выгодный баланс цены и производительности для самого широкого спектра угроз. Он значительно легче оксида алюминия и демонстрирует превосходные характеристики против всех угроз. Хотя он немного тяжелее, чем карбид бора, и немного хуже справляется с угрозами с шариками и стальным сердечником, он компенсирует это лучшими характеристиками при многократном попадании и значительно улучшенной эффективностью против угроз с сердечником из карбида вольфрама.

Варианты SiC расширяют спектр применения. Например: (1) Реакционно-связанный карбид кремния превосходит оксид алюминия по всем параметрам и лишь немного дороже, чем оксид алюминия чистотой 99%+. (2) Новые композиты SiC-TiB2, используемые в пластине Adept Armor Colossus, конкурируют с B4C по соотношению характеристик к весу в отношении угроз со стальным сердечником и легко превосходят B4C в отношении угроз сердечника из карбида вольфрама. (3) За последние несколько лет наблюдается значительный исследовательский интерес к композитам SiC-алмаз, которые могут обеспечить еще большее улучшение характеристик.

Будучи лучшим во всех отношениях, SiC сегодня стал предпочтительным материалом для пластин военного класса с рейтингом AP и должен сохранять эту позицию в обозримом будущем, особенно с недавним появлением высокопроизводительных керамических композитов на основе SiC.

Горячепрессованный или спеченныйкарбид бора (B4C) — нишевый материал высокого класса. Когда дело доходит до предотвращения угроз со стальным сердечником, он значительно превосходит все другие варианты. Однако есть несколько недостатков, которые ограничивают его использование: (1) Сырье из карбида бора дорогое и трудно поддающееся обработке. (2) Карбид бора уступает пулям AP с сердечником из карбида вольфрама по сравнению с пулями одинаковой плотности из SiC или высококачественным оксидом алюминия из-за проблемы аморфизации карбида бора. (3) Карбид бора проявляет стекловидное и исключительно хрупкое поведение при ударе, что приводит к худшим в своем классе характеристикам при многократном попадании. По этим причинам этот материал является предпочтительным материалом для ударной поверхности для сверхвысококлассных пластин Уровня IV и военных пластин, предназначенных для остановки .30-06 APM2 или 7,62x54 ммR B32 API, но он не часто используется для других целей.