NM / Тема_14
.pdf
193
бронепрожигающих снарядов.
В качестве критерия пригодности материала для броневой защиты М мо-
жет быть использовано следующее соотношение:
M = EH кσ вТпл / γ , |
(14.1) |
где Е – модуль упругости, ГПа; Нк – твердость по Кнупу, ГПа; σв – предел прочности, МПа; Тпл – температура плавления, К; γ – плотность, г/см3.
В таблице 14.5 приведены основные свойства широко применяемых бро-
невых керамических материалов в сравнении со свойствами броневой стали.
Наиболее высокие защитные свойства имеют материалы на основе карби-
да бора. Их массовое применение сдерживается высокой стоимостью метода прессования. Поэтому плитки из карбида бора используют при необходимости существенного снижения массы броневой защиты, например для защиты кресел и автоматических систем управления вертолетов, экипажа и десанта. Керамику из диборида титана, имеющую наибольшую твердость и модуль упругости,
применяют для защиты от тяжелых бронебойных и бронепрожигающих танко-
вых снарядов.
Для массового производства керамики наиболее перспективен сравни-
тельно дешевый оксид алюминия. Керамику на его основе используют для за-
щиты живой силы, сухопутной и морской военной техники.
194
По данным фирмы «Morgan M. Ltd» (США), пластина из карбида бора толщиной 6,5 мм или из оксида алюминия толщиной 8 мм останавливает пулю калибром 7,62 мм, летящую со скоростью более 800 м/с при выстреле в упор.
Для достижения того же эффекта стальная броня должна иметь толщину 10 мм,
при этом масса ее будет в 4 раза больше, чем у керамической.
Наиболее эффективно применение композиционной брони, состоящей из нескольких разнородных слоев. Наружный керамический слой воспринимает основную ударную и тепловую нагрузку, дробится на мелкие частицы и рас-
сеивает кинетическую энергию снаряда. Остаточная кинетическая энергия сна-
ряда поглощается упругой деформацией подложки, в качестве которой может использоваться сталь, дюралюминий или кевларовая ткань в несколько слоев.
Эффективно покрытие керамики легкоплавким инертным материалом, играю-
щим роль своеобразной смазки и несколько изменяющим направление летяще-
го снаряда, что обеспечивает рикошет.
Конструкция керамической брони показана на рисунке 14.2.
Рисунок 14.2 – Конструкция керамической бронепанели:
а, б – составляющие элементы бронепанели для защиты от бронебойных пуль разного калибра; в – фрагмент бронепанели, собранный из элементов а и б; 1 – бронебойная пуля калибра 12,7 мм; 2 – пуля калибра 7,62 мм; 3 – защитное по- крытие частично снято
Бронепанель состоит из отдельных последовательно соединенных кера-
мических пластин размером 50 × 50 или 100 × 100 мм. Для защиты от броне-
бойных пуль калибром 12,6 мм используют пластины из А12О3 толщиной 15 мм и 35 слоев кевлара, а от пуль калибром 7,62 мм – пластины из А12О3 толщиной
195
6 мм и 12 слоев кевлара.
Во время войны в Персидском заливе широкое использование армией США керамической брони из А12О3, SiC и В4С показало ее высокую эффектив-
ность. Для броневой защиты также перспективно применение материалов на основе A1N, TiB2 и полиамидных смол, армированных керамическими волок-
нами.
Керамика в ракетно-космическом машиностроении. При полете в плотных слоях атмосферы головные части ракет, космических кораблей, кораб-
лей многоразового использования, нагреваемые до высокой температуры, нуж-
даются в надежной теплозащите.
Материалы для тепловой защиты должны обладать высокой теплостойко-
стью и прочностью в сочетании с минимальными значениями коэффициента термического расширения, теплопроводности и плотности.
Исследовательский центр НАСА США (NASA Ames Research Centre) раз-
работал составы теплозащитных волокнистых керамических плит, предназна-
ченных для космических кораблей многоразового использования. Свойства плит ряда составов приведены в таблице 14.6. Средний диаметр волокон 3 – 11
мкм.
Для повышения прочности, отражательной способности и абляционных характеристик внешней поверхности теплозащитных материалов их покрывают слоем эмали толщиной около 300 мкм. Эмаль, содержащую SiC или 94 % SiO2 и
6 % В2О3, в виде шликера наносят на поверхность, а затем подвергают спека-
196
нию при 1470 К. Плиты с покрытиями используют в наиболее нагреваемых местах космических кораблей, баллистических ракет и гиперзвуковых самоле-
тов. Они выдерживают до 500 десятиминутных нагревов в электродуговой плазме при температуре 1670 К. Варианты системы керамической теплозащиты лобовых поверхностей летательных аппаратов приведены на рисунке 14.3.
Рисунок 14.3 – Система керамической теплозащиты лобовых поверхностей ле- тательных аппаратов для температур от 1250 до 1700оС:
1 – керамика на основе SiC или Si3N4; 2 – теплоизоляция; 3 – спеченная керамика
Высокопористый волокнистый слой теплоизоляции на основе FRCI,
АЕТВ или HTR защищен облицовкой из слоя карбида кремния. Облицовочный слой предохраняет теплоизолирующий слой от абляционного и эрозионного разрушения и воспринимает основную тепловую нагрузку.