Прозрачная броня для военной и гражданской автобронетехники, а также забрал для бронешлемов, смотровых окон для бронещитов и защитных визоров для минёров широко применяется как в России, так и за рубежом. Кроме противопульной и противоосколочной стойкости, прозрачная броня должна обладать необходимым уровнем прозрачности (оптических свойств) и при этом быть как можно легче.
Кроме того, прозрачная броня должна обладать определённой живучестью (например, выдерживать не менее 2-х попаданий в 1 дм2 своей площади). О проблемах создания высокоэффективной прозрачной брони на страницах ИА «Оружие России» рассказывают сотрудники Открытого акционерного общества «Научно-исследовательский институт стали».
В качестве материалов для изготовления прозрачной брони, в основном, применяют прозрачные полимерные пластики:
— полиметилметакрилат (оргстекло)
— поликарбонат
— полиуретан
— силикатное стекло.
Характеристики используемых прозрачных материалов приведены в таблице 1.
Для изготовления прозрачной брони высокого класса защиты, как правило, используют упрочнённые силикатные стекла. Упрочнение стекла осуществляют сжатием поверхностных слоёв при химико-термической обработке и поверхностной закалке или растворением поверхностного дефектного слоя.
Такими способами прочность стекла повышается в 2-4 раза. Однако следует отметить, что закалка эффективна только для листов с толщиной, большей 2,5 мм.
Шлем «Рысь» с кварцевым стеклом по 2 классу ГОСТ Р 50744-95. Испытан обстрелом пулей Пст к пистолету ТТ.
Тем не менее, при высокоскоростном баллистическом ударе, сопровождающемся внедрением ударника в стеклянную пластину, одним поверхностным упрочнением не обойтись. Поскольку стекло является упруго-хрупким материалом, то закономерности его пробивания такие же, как у керамики.
После начальной стадии взаимодействия ударника со стеклянной пластиной впереди проникающего тела образуется волна разрушения, генерирующая сетку трещин, что приводит, в итоге, к тыльному отколу даже при отсутствии проникновения ударника за тыльную поверхность пластины.
В связи с вышеизложенным, высокопрочные стёкла могут быть использованы только в прозрачных многослойных преградах с защитными тыльными плёнками, задерживающими осколки. В качестве тыльного слоя также предлагается использовать поликарбонат, сочетающий высокие прочность и жёсткость с высокой стойкостью к ударным воздействиям.
Испытание стекла на стойкость к удару
Одной из важнейших проблем является соединение слоёв прозрачных бронепреград с обеспечением прочной адгезивной связи между ними и сохранением прозрачности и оптических свойств. Для соединения слоёв разработаны различные вязкие эластичные прозрачные связующие: поливинилбутералевые, акриловые, полиуретановые и другие клеи и плёнки, после полимеризации выполняющие также функцию барьера для распространяющихся трещин.
В настоящее время различными предприятиями в России выпускаются пуленепробиваемые прозрачные преграды со следующими характеристиками (таблица 2).
На основании данных, приведённых в таблице 2, можно сделать вывод, что массовые характеристики таких преград весьма велики, что делает нереальным применение прозрачной защиты высоких классов в большой части изделий автобронетехники и бронешлемах.
ОАО «НИИ стали» проводятся интенсивные работы по изучению материалов и разработке структур для прозрачной брони, имеющие целью снижение массы преграды. Так, например, хороший результат в данном направлении достигается при применении в прозрачных бронеструктурах кварцевого стекла (таблица 3).
Снижение массы прозрачной защиты может быть также осуществлено при использовании в качестве лицевого слоя сапфира (лейкосапфира) на основе монокристаллического оксида алюминия с твёрдостью по шкале Мооса=9 и ромбоэдрической кристаллической структурой.
Учитывая большой интерес к разработке слоистой прозрачной брони с применением искусственного лейкосапфира за рубежом (США, Израиль, Украина, Чехия), ОАО «НИИ стали» проведена работа по оценке эффективности применения лейкосапфиров, производимых в России, в качестве лицевого слоя в прозрачных преградах (таблица 4).
Как показали проведённые испытания, перспективным вариантом при создании прозрачных бронепреград высоких классов защиты может быть использование пластин монокристалла лейкосапфира толщиной 4-8 мм в качестве лицевого слоя с формированием средних слоёв из силикатного (в т.ч. кварцевого) стекла и тыльного слоя из поликарбоната.
Результат воздействия по стеклу молота
Указанная многослойная структура позволяет минимум в 1,5 раза уменьшить толщину и массу преграды для защиты от обстрела пулями ЛПС из винтовки СВД. Следует заметить, что противопульная стойкость такой многослойной прозрачной брони зависит от технологии получения лейкосапфира, соотношения слоёв и их методов соединения.
Бронестекло автомобиля «Мерседес» 3 класса после обстрела из АКМ.
Испытания различных опытных слоистых структур с лицевым слоем из лейкосапфира показали экономию по массе и толщине в сравнении с существующими прозрачными преградами не менее 30%. Исходя из характеристик лейкосапфира, он является наиболее перспективным материалом для прозрачной брони, но его стоимость очень высока из-за высокотемпературной технологии производства и необходимости механической обработки и полировки.
Кроме того, имеются ограничения в возможности получения лейкосапфиров больших размеров, что связано с необходимостью применения крупных индукционных печей и дорогостоящей оснастки, поэтому применение этого материала для прозрачной брони является проблематичным.
Сравнение характеристики обычного силикатного броневого стекла и структуры на основе прозрачной керамики ALON.
Одним из конкурентных решений в создании высокоэффективной прозрачной брони является разработка прозрачных поликристаллических материалов. Одним из лидирующих материалов такого рода является ALON (оксинитрид алюминия Al23O27N5), запатентованный армией США.
Его разработку провела компания Raytheon, а производит сейчас Surmet Corporation (обе фирмы из США). Введение азота в оксид алюминия стабилизирует его матрицу и обеспечивает кубическую кристаллическую изотропную структуру. В результате получается прозрачный поликристаллический материал. В таблице 5 приведены некоторые свойства материала ALON в сравнении с другими прозрачными материалами.
Как видно из таблицы 5, ALON по свойствам приближается к лейкосапфиру и может служить ему альтернативой. Подходящим материалом для прозрачной брони может быть также шпинель (MgAl2O4), обладающая кубической кристаллической структурой. Прозрачная шпинель производится следующим методом: спекание/горячее изостатическое прессование (ГИП).
Применение ГИП позволяет повысить оптические и физические свойства шпинели за счёт повышения её плотности и уменьшения пористости, что, в свою очередь, происходит из-за уменьшения количества связующего. Промышленное производство шпинели освоено двумя американскими фирмами – Technology Assessment and Transfer и Surmet Corporation.
Прозрачная броня фирмы IBD на выставке «Евросатори-2012». Видно, что прозрачная керамика почти в 4 раза легче стандартного броневого стекла.
Задача создания в России прозрачной керамической брони является чрезвычайно актуальной, так как её применение позволит значительно повысить защищённость бойцов и уменьшить вес той техники, где применяется остекление.
Хотя за последние годы в производстве керамик, в том числе и прозрачных, достигнуты значительные успехи, несколько важных проблем остаётся. Среди них – доступность производства, возможность изготавливать изделия необходимой формы и размеров, а также высокая стоимость.
/Петрова Э.Н., Чусов С.Ю., Щербаков А.В. и Яньков В.П., arms-expo.ru/