Sajand avastusi: ajaloolised juured
Keraamilise soomuse lugu on üllatavalt vana. sisse1918, Briti armee major nimega Neville Monroe{0}}Hopkins tegi olulise tähelepaneku: terasplaadile kantud õhuke kõva emaili kiht parandas drastiliselt selle läbitungimiskindlust. Kuigi see avastus oli oma ajast ees, külvas see paradigma muutuse seemne.
See oli alles tiigelVietnami sõdaet keraamilisest soomusrüüst sai lahinguvälja reaalsus. USA sõjavägi seisis silmitsi sünge statistikaga: helikopterid ja nende meeskonnad olid maatuli suhtes väga haavatavad. Vastuseks1962nägi esimest kaasaegset keraamilist komposiitsoomust: alumiiniumoksiidist (alumiiniumoksiid) plaadid, mis olid ühendatud plastilise alumiiniumist aluspinnaga.
1965. aastaks paigaldati need "kõvakattega" komposiitkomplektid piloodiistmetele ja helikopterite raamidele. Tulemused olid revolutsioonilised. Kopterimeeskondade hukkunute arv on hinnanguliselt vähenenud53%ja mitte{0}}surmaga lõppenud vigastused vähenesid27%. Keraamiliste soomuste ajastu oli tõeliselt alanud.
Kuuli peatamise teadus
Evolutsiooni mõistmiseks peame kõigepealt mõistma mehhanismi. Traditsioonilised metallid nagu teras peatavad kuulid läbiplastiline deformatsioon-põhimõtteliselt neelab energiat painutamise või mõlkimise teel. Keraamika töötab aga põhimõtteliselt teisel põhimõttel.
Keraamika on erakordselt kõva, kuid samas ka rabe. Kui kiire mürsk-lööb vastu keraamilist lööki, siis see ei paindu; see puruneb.
"Oletuse" efekt:Kuuli ots on nüristunud, deformeerunud ja kulunud, kui see puutub kokku endast kõvema materjaliga.
Energia hajumine:Löök loob löögipunkti alla pragude võrgustiku ja purustatud keraamika koonuse, mis neelab tohutu kineetilist energiat.
Taustaks:Kuna keraamika puruneb, peab selle taga olema plastiline komposiitkiht (nagu polüetüleen või aramiidkiud). See tugi püüab kinni ülejäänud killud ja deformeerunud kuuli, jaotades jõu suuremale alale.
Materjalide revolutsioon: alumiiniumoksiidist boorkarbiidini
Ohtude arenedes muutusid ka materjalid.
| Materjal | Tihedus (g/cm³) | Peamine eelis | Esmane kasutusjuht |
|---|---|---|---|
| Alumiiniumoksiid (Al2O3) | ~3.9 | Madalad kulud, küps tootmine | Sõjaväesõidukid, väärtuslikud{0}}soomusplaadid |
| Ränikarbiid (SiC) | ~3.2 | Kõrge kõvadus, mõõdukas tihedus | Suure jõudlusega{0}}sõiduk ja soomusvestid |
| Boorkarbiid (B₄C) | ~2.5 | Äärmiselt kõva, kergeim variant | Täiustatud isiklikud soomused, eriüksused, lennundus |
Kui alumiiniumoksiid oli 1960. aastate tööhobune, siis tung kergemate soomuste järele tõukas meidRänikarbiidja lõpuks,Boorkarbiid. Boorkarbiid on üks kõvemaid inimestele teadaolevaid materjale, kuid see on alumiiniumist kergem. Sellel jõudlusel on aga oma hind: selle paagutamine (töötlemine) on keeruline ja kulukas, mistõttu on see esmaklassiline lahendus suure-väärtusega varade ja personali jaoks.
Praegused piirid: disainitud materjalide ajastu
Reis pole peatunud. Kaasaegne fookus ei ole enam ainult ühe "täiusliku" materjali leidmisel, vaid sellelinsenerisüsteemid. Alates 1990. aastate lõpust on strateegiline uurimiseesmärk tuntud kui "Disainitud soomusmaterjalidSee lähenemisviis kasutab arvutuslikku modelleerimist, et ennustada, kuidas materjalid käituvad äärmuslikes dünaamilistes tingimustes, võimaldades meil kujundada soomust "aatomitest soomuseni."
Täna näeme tõusu:
Funktsionaalselt liigitatud materjalid:Konstruktsioonid, kus keraamika koostis muutub esiosast (ülikõva) tahapoole (tugevamaks), vähendades katastroofilise rikke ohtu.
Modulaarsed süsteemid:Selle asemel, et tugineda ühele suurele monoliitsele plaadile, kasutatakse tänapäevases turvises sageli väiksemaid keraamilisi plaate, mis on kapseldatud maatriksisse. See võimaldabremontlahinguväljal (asendades pigem kahjustatud plaati kui tervet plaati) ja parandab vastupidavust mitmele tabamusele.
Nano{0}}tugevdused:Selliste materjalide nagu grafeeni või süsiniknanotorude lisamine keraamilistele maatriksitele suurendab oluliselt tugevust ilma kaalu lisamata.
Järeldus
Alates 1918. aasta emaili eksperimendist kuni Lähis-Ida sõdureid kaitsvate keraamiliste plaatideni on see tehnoloogia läbinud märkimisväärse arengu. Põhimõte jääb samaks:kasutage ohu purustamiseks äärmist kõvadust, seejärel kasutage tükkide püüdmiseks plastilist alust.Kuid materjaliteadus on tohutult edasi arenenud, pakkudes kergemat, tugevamat ja nutikamat kaitset.
Keraamikast on saanud tänapäevaste soomuste nurgakivi. Need ei ole lihtsalt kaitse tarvikud; need on põhjus, miks saame varustada oma vägesid kiiremini liikuma ja kõvemini võitlema ilma ohutust ohverdamata.
