Техника и вооружение 2013 10

В настоящее время, казалось бы, парадоксальным словосочетанием «броневая керамика» трудно кого-либо удивить. Со второй половины XX в. керамика применяется как в средствах защиты техники, так и в индивидуальной бронезащите. В последние годы значение керамики в защите тяжелой техники от снарядов и ракет несколько снижается: ей на смену приходят более современные образцы динамической и активной защиты. А в области индивидуальной бронезащиты и защиты легкой техники от пуль стрелкового оружия применение керамики за последние 20 лет резко возросло в связи с распространением пуль с высокотвердыми стальными и твердосплавными сердечниками. Однако в среде ученых до сих пор нет абсолютно четкого представления о том, какими свойствами должна обладать броневая керамика. В данной статье описан метод анализа броневых свойств керамических материалов, который используется для повышения их качества.

Механизм взаимодействия пуль и керамической пластины достаточно подробно изучен и описан многими авторами. Он сводится к тому, что в течение некоторого времени керамика за счет своей высокой твердости не позволяет ударнику проникать в себя. При этом ударник вынужден деформироваться или разрушаться на поверхности преграды так, как он делал бы это при ударе об абсолютно жесткую стенку, расходуя собственную кинетическую энергию на свое разрушение и деформацию. Это время принято называть временем задержки проникания (зарубежный аналог этого термина — «dwell»). По истечении этого времени остаток сердечника пули проникает в керамическую крошку, в которую успевает превратиться керамика в точке воздействия (этот процесс схематически отображен на рисунке). При этом зона разрушения керамики представляет собой усеченный конус с углом раствора около 120–130". Удержать небольшой фрагмент пули и осколки керамики удается подложкой достаточно малой толщины (из композитного материала из баллистических тканей, высокомолекулярного полиэтилена или легких металлических сплавов). Таким образом, керамика может противостоять пулям за счет того, что заставляет их разрушаться на поверхности в течение некоторого времени задержки проникания.

Процесс проникания пули в комбинированную преграду с лицевым керамическим слоем:

а — начало взаимодействия; б — разрушение пули на поверхности керамики; в — проникание остатков сердечника в разрушенную керамику.

Зона разрушения в пластине из карбида бора на подложке из композитного материала.

Пример численного моделирования попадания бронебойной пули в структуру из пластины карбида кремния и подложки из алюминия.

Однако такой механизм работает не всегда. Существует некоторая критическая скорость ударника, выше которой задержки проникания не происходит, т. е. керамика под ударником сразу превращается в пыль. В зарубежной литературе это явление называют «dwell/penetration phenomenon». Эта критическая скорость для разных материалов колеблется от 1100 до 1800 м/с, что характерно для танковых снарядов.

В отношении пуль стрелкового оружия существуют также свои особенности описанного механизма разрушения ударников на поверхности керамического слоя. В «НИИ Стали» было открыто существование еще одной критической скорости в диапазоне 750–800 м/с, при превышении которой время задержки проникания при прочих равных условиях еще не сходит на нет, но снижается примерно вдвое. Это говорит о том, что если защитная структура выдерживает воздействие винтовочной пули с расстояния 10 м (скорость около 820 м/с), то при любых других воздействиях с меньшими скоростями она будет иметь достаточно большой запас прочности.

Длительность времени задержки проникания и, соответственно, броневые качества защитной композиции определяются толщиной керамической пластины, свойствами материала, наличием подложки, а также плотностью, прочностью и скоростью пули, т. е. целым комплексом факторов. В настоящее время не существует строгих аналитических методов расчетного определения броневых свойств защитных структур с керамикой, поэтому главным методом подбора таких структур является натурный эксперимент — пулевой обстрел.