Керамічний щит

02.04.2018

Непоодинокі випадки застосу­вання у районі проведення антитерористичної операції проросійськими бойовиками новітніх боєприпасів із термозміцненим осердям калібру 12,7 та 14,5 мм, які мають високий ступінь бронепробиття, вимагають від на­ших науковців та конструкторів прискорити роботи в напрямку підвищення балістичної захище­ності вітчизняних бойових бро­ньованих машин (ББМ).

Від металу до кераміки

Найбільш простим способом за­безпечення протикульного захис­ту екіпажу та елементів конструк­ції ББМ є встановлення металевої броні. Донедавна підвищення рівня такого захисту здійснювалося дво­ма способами: збільшенням товщи­ни броньового листа та покращен­ням захисних властивостей броні. Поступово це призводило до збіль­шення маси бронемашини, а в кін­цевому результаті негативно впли­вало на її бойові та експлуатаційні характеристики.

Вчені провідних країн світу ак­тивно працюють над створенням нових сплавів, які могли б забезпе­чити більш високий рівень захисту за умови збереження маси захисно­го елементу. Також броню зміцню­ють за допомогою особливої техно­логічної обробки сталевих сплавів. Іще один спосіб укріплення мета­лу — застосування хіміко-термічної обробки. Наприклад, насичен­ня поверхневого шару металу азо­том із подальшим утворенням ні­триду значно збільшує твердість поверхні та підвищує рівень за­хисних властивостей броньованого елементу. Так, сучасна азотована сталева броня при однаковому рів­ні захисту з необробленим металом має на 25-30% меншу товщину.

Окрім металу, перспективним для захисту бронетехніки є застосування спеціальної кераміки (карбіду бору, карбіду кремнію, оксиду алюмінію). Захисний елемент на основі керамі­ки при однаковому рівні балістичної стійкості з відповідним сталевим, має значно меншу масу. Так, маса одного квадратного метру додатко­вого захисту зі спеціальної керамі­ки від набою калібру 12,7 мм складає приблизно 40-45 кг, у той же час ста­левого листа – у межах 60-70 кг.

Найлегшим, найміцнішим, про­те й найкоштовнішим у виробництві є карбід бору. На сьогодніш­ній день жодна країна в світі по­ки не освоїла серійне виробни­цтво з його використанням. Адже застосування технології гарячого пресування дозволяє протягом ви­робничого циклу отримувати ли­ше одиничні вироби з карбіду бо­ру. Другим за міцністю та вартіс­тю виробництва є карбід кремнію. Він мас трохи більшу масу, аніж карбід бору. Саме ці два матері­али завдяки своїй відносно неве­ликій масі використовують при виготовленні захисних кераміч­них елементів для індивідуаль­них засобів захисту. У бронюван­ні техніки найчастіше застосову­ють оксид алюмінію. Це найде­шевший з керамічних матеріалів. Він має дещо збільшену масу по­рівняно з карбідом бору та карбі­дом кремнію. Так, захисний еле­мент з оксиду алюмінію має ма­су на 30% більшу за масу подібно­го елемента, виготовленого з кар­біду бору. Зрозуміло, що для техні­ки це не критично. Набагато важ­ливіше, що вироби з оксиду алю­мінію є досить міцними, а техно­логія їхнього виробництва доволі простою. Тут високий тиск не по­трібен, тому за один виробничий цикл можна виготовити близько тисячі виробів. Отже набагато лег­ше організувати серійне виробни­цтво із застосуванням саме цього керамічного матеріалу.

Серйозним недоліком кераміч­ного бронювання є низька живу­чість. Адже керамічна броня під впливом вражаючого елемента розтріскується та втрачає свої за­хисні властивості. Відтак для ло­калізації пошкоджених ділянок керамічного шару її виробляють у вигляді дискретних елементів (таких, які мають визначене кон­структивно закінчене виконання). Зазвичай вони мають форму ци­ліндру або плитки. Також для за­безпечення кращої ремонтопри­датності в польових умовах захис­ні керамічні елементи виконують у вигляді окремих блоків.

Вітчизняна ініціатива

В Україні не існує промислового виробництва захисних елементів на основі кераміки. Низка вітчиз­няних компаній та наукових уста­нов ведуть ініціативні розробки за цим напрямом. Але далі дослідних зразків справа поки не йде.

Відтак на цьому фоні доволі пер­спективним виглядає спільний проект компанії «Про­грес», Київського національного уні­верситету імені Тараса Шевченка та Навчально-наукового центру «Фізико-хімічне матеріа­лознавство» НАНУкраїни по розроб­ці навісної керамополімерної бронепанелі для додаткового захисту ББМ від ура­ження крупнокаліберними броне­бійними набоями калібру 12,7 мм та 14,5 мм. Робота виконується на підставі технічного завдання одно­го з провідних вітчизняних підприємств-розробників бронетехніки.

Бронепанелі мають макрошарувате компонування і складаються із дискретного керамічного шару, який розміщується у високоміцній полімерній матриці, та текстиль­но-полімерного затримуючого ша­ру. Додатково бронепанелі можуть оснащуватись підкладкою з надвисокомолекулярного поліетилену. Кріпити їх на штатній броні ББМ планують за допомогою шпилько­вого з’єднання. До речі, таку кон­струкцію бронепанелей зумовили результати останніх досліджень.

Вони доводять, що саме багатошаро­ві конструкції, які поєднують елемен­ти кераміки та по­лімерних компози­тів, спроможні забез­печити надійний захист від високоенерге­тичних динамічних навантажень. Від­бувається це за­вдяки поєднан­ню різних за природою влас­тивостей мате­ріалів, які ство­рюють умови для трансформації кі­нетичної енергії кулі та розсіювання енергії ударних навантажень. Так, керамічний шар перебирає на се­бе удар вражаючого елемен­та і забезпечує умови для пластичного деформу­вання бронебійного осердя кулі. Далі полімерний композит розсіює енергію (шляхом дефор­мації та руйнування ви­сокоміцних армованих во­локон), що залишилася після руйнування кераміки.

Бронепанелі виготовляються ви­ключно з вітчизняних матеріалів за спеціально розробленою техно­логією. У якості дискретного кера­мічного шару застосовується ко­рунд (мінерал, кристалічний оксид алюмінію).

Наразі виготовлено де­кілька варіантів захисних елемен­тів, які випробовували за програ­мою та методиками підприємства-замовника. Так, підсумки балістич­них випробувань підтвердили здат­ність бронепанелей стримати кулі калібру 12,7 та 14,5 мм. Також в ході польових випробувань підтвердже­но їх високу ремонтопридатність. Адже пошкоджені в результаті влу­чання кулі дискретні керамічні елементи легко замінюються нови­ми, які зали­вають спеціальним розчи­ном. Той швид­ко твердне і вже через 10-20 хвилин відремонтована захис­на панель готова для подальшого використання.

Передбачається, що маса квадратного метра бронепа­нелі, яка захищатиме від набоїв калібру 12,7 мм ста­новитиме 43-47 кг, а від на­боїв калібру 14,5 мм – у межах 93-95 кг. Зупиняти­ся розробники не збира­ються і поступово намага­тимуться виготовити захис­ні керамічні елементи, які змо­жуть убезпечити від боє­припасів калібру ЗО мм. У подальшому наявність різних зразків бронепа­нелей дозволить залеж­но від завдань, що ви­конуються, бронювати ББМ за різними класами захисту. При цьому, завдяки модульному підходу при побудові бро­нювання робити це стане можливим оперативно, навіть в польових умовах.

Виробник розраховує до кінця по­точного року доопрацювати та пред­ставити бронепанель на визначальні відомчі випробування до оборонного відомства. Також серед його амбіт­них планів – з часом налагодити се­рійне виробництво навісної керамополімерної бронепанелі для додат­кового захисту вітчизняних бойових броньованих машин. Виробництво, якого досі в Україні немає.

За матеріалами видання Defense Express.