Әскери машиналар дәстүрлі түрде ауыр, қымбат, бірақ беріктігі жоғары сауытты болаттан жасалған. Қазіргі заманғы керамикалық композициялық материалдар жауынгерлік машиналар үшін тірек емес қорғаныс ретінде жиі қолданылады. Мұндай материалдардың негізгі артықшылықтары - бұл айтарлықтай төмен баға, жақсартылған қорғаныс және салмақтың жартысынан астамын азайту. Қазіргі таңда баллистикалық қорғаныс үшін қолданылатын заманауи негізгі керамикалық материалдарды қарастырайық
Керамика металдарға қарағанда едәуір жоғары температураға, қаттылыққа, ең жоғары беріктігі мен меншікті қаттылығына төтеп беру қабілетіне байланысты қозғалтқыштарға, зымыран компоненттеріне, құралдардың жиектеріне арналған қаптамаларды жасау үшін кеңінен қолданылады. мөлдір емес қалқандар, олар, әрине, әскери жүйелерді дамытудың басым бағыттарының бірі болып табылады. Алайда, болашақта оны қолдану аясы едәуір кеңейе түсуі керек, өйткені әлемнің көптеген елдерінде жүргізілген зерттеулер мен әзірлемелер аясында пластиканы, жарыққа төзімділікті және басқа да қажетті механикалық қасиеттерді арттырудың жаңа әдістері ізделуде. керамикалық негізді керамикалық матрица деп аталатын арматуралық талшықтармен біріктіру. композициялық материалдар (КМКМ). Сондай-ақ, өндірістің жаңа технологиялары көрінетін және инфрақызыл толқындарды жіберетін материалдардан күрделі пішіндегі және үлкен мөлшердегі өте берік, жоғары сапалы мөлдір өнімдерді жаппай өндіруге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, нанотехнологияны қолдана отырып, жаңа құрылымдарды құру берік және жеңіл, өте ыстыққа төзімді, химиялық төзімді және сонымен бірге іс жүзінде бұзылмайтын материалдарды алуға мүмкіндік береді. Бұл қасиеттердің комбинациясы бүгінде бір -бірін жоққа шығарады және осылайша әскери қолдану үшін өте тартымды болып саналады.
Керамикалық матрицалық композициялық материалдар (КМКМ)
Полимерлік аналогтары сияқты, ЦМК матрица деп аталатын негізгі заттан және басқа материалдың бөлшектері немесе талшықтары болып табылатын күшейткіш толтырғыштан тұрады. Талшықтар үзіліссіз немесе дискретті болуы мүмкін, кездейсоқ бағытталуы мүмкін, дәл бұрыштарда жатқызылуы мүмкін, берілген бағыттарда күш пен қаттылықты жоғарылату үшін арнайы жолмен өрілген болуы мүмкін немесе барлық бағытта біркелкі таралуы мүмкін. Материалдар мен талшықты бағдарлау комбинациясы қандай болса да, матрица мен арматуралық компонент арасындағы байланыс материалдың қасиеттері үшін өте маңызды. Полимерлер оларды нығайтатын материалға қарағанда қаттылығы аз болғандықтан, матрица мен талшықтардың арасындағы байланыс әдетте материалдың тұтас иілуіне қарсы тұруға мүмкіндік беретін жеткілікті берік болады. Алайда, CMCM жағдайында матрица күшейтетін талшықтарға қарағанда қатаң болуы мүмкін, сондықтан талшық пен матрицаның шамалы делокализациясын қамтамасыз ету үшін оңтайландырылған байланыс күші әсер ету энергиясын сіңіруге көмектеседі, мысалы, жарықтардың пайда болуына жол бермейді. бұл әйтпесе сынғыш бұзылуға және бөлінуге әкеледі. Бұл CMCM -ді таза керамикамен салыстырғанда әлдеқайда тұтқыр етеді, және бұл жоғары жүктелген қозғалмалы бөлшектердің, мысалы, реактивті қозғалтқыштардың бөлшектерінің қасиеттерінің ең маңыздысы.
Жеңіл және ыстық турбина қалақтары
2015 жылдың ақпанында GE Aviation компаниясы «матрица мен арматура үшін қолданылатын материалдарды жарияламаса да,« әлемдегі ұшақ қозғалтқышы үшін статикалық емес бірінші CMC жиынтығы »деп аталатын сынақтардың сәтті өткенін жариялады. Біз F414 турбофан қозғалтқышының эксперименттік үлгісіндегі төмен қысымды турбина қалақтары туралы айтып отырмыз, олардың әзірлеуі материалдың жоғары соққы жүктемелерінде жұмысқа қойылатын мәлімделген талаптарға сәйкестігін одан әрі растауды қамтамасыз етуге арналған. Бұл әрекет қозғалтқыштарды бейімдеу технологиясының демонстраторының (AETD) жаңа буынының қозғалтқыштарды демонстрациялау бағдарламасының бөлігі болып табылады, онда GE АҚШ әуе күштері ғылыми-зерттеу зертханасымен жұмыс жасайды. AETD бағдарламасының мақсаты-алтыншы буын жауынгерлерінің қозғалтқыштарына және 2020 жылдардың ортасынан бастап F-35 сияқты бесінші буын ұшақтарының қозғалтқыштарына енгізуге болатын негізгі технологияларды ұсыну. Бейімделгіш қозғалтқыштар ұшу кезінде және ұрыс кезінде максималды серпін алу үшін немесе круиздік ұшу режимінде отынның максималды тиімділігін алу үшін ұшу кезінде қысымның жоғарылауы мен айналып өту коэффициентін реттей алады.
Компания ЦМС -дан жасалған айналмалы бөлшектерді реактивті қозғалтқыштың «ең ыстық және көп жүктелген» бөлшектеріне енгізу маңызды жетістікті білдіреді, өйткені бұрын технология СМС -ті тек стационарлық бөлшектерді өндіру үшін қолдануға мүмкіндік берді. жоғары қысымды турбина жабыны. Сынақтар кезінде F414 қозғалтқышындағы KMKM турбиналық қалақтары 500 циклден өтті - бос жүрістен ұшып көтерілуге дейін және артқа.
Турбиналық пышақтар кәдімгі никель қорытпаларына қарағанда әлдеқайда жеңіл, бұл оларға бекітілген металл дискілердің кішірек және жеңіл болуына мүмкіндік берді, дейді компания.
«Никель қорытпаларынан қозғалтқыш ішіндегі айналмалы керамикаға ауысу - бұл шынымен де үлкен секіріс. Бірақ бұл таза механика », - деді Джонатан Бланк, GC Aviation компаниясының CMC және полимерлі байланыстырушы бөлімінің бастығы. - Жеңіл пышақтар аз центрифугалық күш жасайды. Бұл дискіні, мойынтіректерді және басқа бөлшектерді кішірейтуге болатынын білдіреді. ҚМКМ реактивті қозғалтқыштың дизайнына революциялық өзгерістер енгізуге мүмкіндік берді ».
AETD бағдарламасының мақсаты - 5 -ші буынның ең озық жауынгерлерімен салыстырғанда отынның нақты шығынын 25% -ға азайту, ұшу диапазонын 30% -дан астам ұлғайту және максималды тартылуды 10% -ға арттыру. «CMC статикалық компоненттерінен айналмалы компоненттерге ауысудағы ең үлкен қиындықтардың бірі - олар жұмыс істеуі керек кернеу өрісі», - деді Дэн МакКормик, GE Aviation компаниясының жетілдірілген жауынгерлік қозғалтқыш бағдарламасының менеджері. Сонымен қатар, ол F414 қозғалтқышын сынау бейімделген циклді қозғалтқышта қолданылатын маңызды нәтижелер берді деп қосты. «Төмен қысымды CMC турбиналық қалақшасы салмағы оны алмастыратын металл қалақтан үш есе аз, сонымен қатар екінші үнемді режимде ЦМС пышағын ауамен салқындатудың қажеті жоқ. Пышақ енді аэродинамикалық тиімді болады, өйткені ол арқылы барлық салқындатқыш ауаны сорудың қажеті жоқ ».
Компания 90 -шы жылдардың басында олар жұмыс жасай бастағаннан бері миллиард доллардан астам инвестиция салғанын айтқан KKMM материалдары дәстүрлі никель қорытпаларынан жүздеген градусқа жоғары температураға төтеп бере алады және керамикалық матрицада кремний карбиді талшықты арматурамен ерекшеленеді.., бұл оның соққы беріктігі мен жарыққа төзімділігін арттырады.
GE бұл турбиналық қалақтарда өте ауыр жұмыс жасаған сияқты. Шынында да, ҚМКМ кейбір механикалық қасиеттері өте қарапайым. Мысалы, созылу беріктігі мыс пен арзан алюминий қорытпаларының созылу беріктігімен салыстырылады, бұл үлкен орталықтан тепкіш күштер әсер ететін бөлшектер үшін өте жақсы емес. Сонымен қатар, олар үзіліс кезінде төмен деформация көрсетеді, яғни олар үзілісте өте аз созылады. Алайда, бұл кемшіліктер жойылған сияқты, және бұл материалдардың төмен салмағы жаңа технологияның жеңісіне маңызды үлес қосты.
LEOPARD 2 танкі үшін нанокерамикалық модульдік сауыт
Құрамалы қару -жарақ үлесі
Металл, талшықты арматураланған полимерлі композициялар мен керамика қабаттарының комбинациясынан тұратын қорғаныс технологиялары жақсы жолға қойылғанына қарамастан, өнеркәсіп күрделі композициялық материалдарды дамытуды жалғастыруда, бірақ бұл процестің көптеген бөлшектері мұқият жасырылған. Morgan Advanced Materials осы салада жақсы танымал, өткен жылы Лондонда өткен Armored Vehicles XV конференциясында өзінің SAMAS қорғаныс технологиясы үшін марапат жариялады. Морганның айтуынша, Британ армиясының көліктерінде кеңінен қолданылатын SAMAS қорғанысы-бұл S-2 Glass, E-Glass, aramid және полиэтилен сияқты материалдармен нығайтылған, содан кейін парақтарға айналдырылған және жоғары қысымда емделген композициялық материал: «Талшықтарды біріктіруге болады. гибридті керамикалық-металл материалдармен конструкция мен өнімділіктің арнайы талаптарына сәйкес келеді ».
Морганның айтуынша, экипаждың қорғаныс капсулаларын жасау үшін қолданылатын жалпы қалыңдығы 25 мм болатын SAMAS броньдары болат капсуласы бар автокөліктермен салыстырғанда жеңіл қорғалған көліктердің салмағын 1000 кг -нан артық төмендете алады. Басқа артықшылықтарға қалыңдығы 5 мм -ден аз болатын жөндеуді жеңілдету және бұл материалдың спаллингке тән қасиеттері жатады.
Шпинельдің айқын дамуы
АҚШ Әскери -теңіз күштері ғылыми -зерттеу зертханасының мәліметтері бойынша, алюминий оксиді (MgAI2O4) негізінде мөлдір материалдарды жасау мен өндіру қарқынды дамып келеді. Шпинельдер ұзақ уақыт бойы тек беріктігімен ғана емес, қалыңдығы 0,25 дюймдік оқ өткізбейтін шыны сияқты баллистикалық сипаттамаларға ие - сонымен қатар біркелкі мөлдірлікпен үлкен бөлшектерді жасаудың қиындығымен ерекшеленеді. Алайда, бұл зертхананың ғалымдар тобы вакуумда төмен температуралы агломерацияның жаңа процесін ойлап тапты, ол өлшемдері тек пресс өлшемімен шектелген бөлшектерді алуға мүмкіндік береді. Бұл бастапқы ұнтақты балқыту тигелінде балқыту процесінен басталған алдыңғы өндірістік процестермен салыстырғанда үлкен серпіліс.
Жаңа процестің құпияларының бірі - шпиндельді түйіршіктерді агломерация кезінде біркелкі таралуы үшін оларды еріту мен майлауды қамтамасыз ететін литий фторидті (LiF) агломерациялық қоспаның біркелкі таралуы. Литий фторы мен шпинель ұнтақтарын құрғақ араластырудың орнына зертхана шпинель бөлшектерін литий фторидімен біркелкі қаптау әдісін ойлап тапты. Бұл спектрдің көрінетін және орташа инфрақызыл аймақтарында (0,4-5 микрон) жарық өткізгіштігін теориялық мәннің 99% -на дейін арттыруға мүмкіндік береді.
Әр түрлі пішіндегі оптика шығаруға мүмкіндік беретін жаңа процесті, оның ішінде ұшақтың немесе дронның қанатына ыңғайлы сәйкес келетін парақтарды, аты аталмаған компания лицензиялады. Шпинельді қолданудың мүмкін қосымшаларына салмағы бар әйнектің массасының жартысынан аз брондалған әйнек, сарбаздарға арналған қорғаныс маскалары, жаңа буын лазерлеріне арналған оптика және мульти спектрлі сенсорлы көзілдіріктер жатады. Мысалы, смартфондар мен планшеттерге арналған жарықшаққа төзімді көзілдіріктер жаппай шығарылған кезде шпинель өнімдерінің бағасы айтарлықтай төмендейді.
PERLUCOR - оқ пен тозудан қорғау жүйесіндегі жаңа кезең
CeramTec-ETEC бірнеше жыл бұрын PERLUCOR мөлдір керамикасын жасады, ол қорғаныс үшін де, азаматтық қолдану үшін де жақсы перспективаға ие болды. PERLUCOR тамаша физикалық, химиялық және механикалық қасиеттері бұл материалдың нарыққа сәтті шығуына басты себеп болды.
PERLUCOR салыстырмалы мөлдірлігі 90%-дан асады, қарапайым шыныға қарағанда үш -төрт есе берік және қатаң, бұл материалдың жылуға төзімділігі шамамен үш есе жоғары, бұл оны 1600 ° C дейін температурада қолдануға мүмкіндік береді. химиялық төзімділігі өте жоғары, бұл оны концентрацияланған қышқылдар мен сілтілермен қолдануға мүмкіндік береді. PERLUCOR жоғары сыну көрсеткішіне ие (1, 72), бұл оптикалық мақсаттар мен миниатюралық өлшемдердің оптикалық элементтерін шығаруға, яғни полимерлермен немесе әйнектермен қол жеткізуге болмайтын қуатты үлкейту құрылғыларын алуға мүмкіндік береді. PERLUCOR керамикалық плиткалары стандартты өлшемі 90х90 мм; дегенмен, CeramTec-ETEC компаниясы тұтынушылардың ерекшеліктеріне сәйкес осы пішімге негізделген күрделі пішінді парақтар шығару технологиясын әзірледі. Панельдердің қалыңдығы ерекше жағдайларда миллиметрдің оннан бір бөлігін құрауы мүмкін, бірақ, әдетте, ол 2-10 мм.
Қорғаныс нарығы үшін мөлдір қорғаудың жеңіл және жұқа жүйелерінің дамуы тез қарқынмен жүріп жатыр. Бұл процеске көптеген өндірушілердің қорғау жүйелерінің құрамына кіретін SegamTes компаниясының мөлдір керамикасы қосылады. STANAG 4569 немесе APSD сәйкес сыналған кезде салмақ 30-60 пайызға төмендейді.
Соңғы жылдары SegatTes-ETEC жасаған технологияларды дамытудың тағы бір бағыты қалыптасты. Көлік терезелері, әсіресе Ауғанстан сияқты тасты және шөлді аймақтарда, құмды, шаңды әйнекте сүрткіш пышақтардың қозғалысынан тас соққылары мен сызаттарға бейім. Сондай-ақ, тас соққысынан зақымданған оққа төзімді әйнектердің баллистикалық сипаттамалары төмендейді. Соғыс кезінде әйнегі зақымдалған автокөліктер ауыр және күтпеген тәуекелдерге ұшырайды. SegamTes-ETEC әйнекті тозудың осы түрінен қорғаудың шынымен инновациялық және түпнұсқалық шешімін әзірледі. Шыны бетіндегі PERLUCOR керамикалық қаптамасының жұқа қабаты (<1 мм) мұндай зақымға сәтті қарсы тұруға көмектеседі. Бұл қорғаныс телескоптар, линзалар, инфрақызыл жабдықтар мен басқа сенсорлар сияқты оптикалық құралдарға да жарайды. PERLUCOR мөлдір керамикадан жасалған жалпақ және қисық линзалар осы жоғары бағалы және сезімтал оптикалық жабдықтың қызмет ету мерзімін ұзартады.
CeramTec-ETEC Лондондағы DSEI 2015 көрмесінде оқ өткізбейтін шыны есік панелі мен сызаттар мен тасқа төзімді қорғаныс панелін сәтті ұсынды.
Тұрақты және икемді нанокерамикалық
Икемділік пен икемділік керамикаға тән қасиеттер емес, бірақ бұл мәселені Калифорния технологиялық институтының материалтану мен механика профессоры Джулия Грир бастаған ғалымдар тобы шешті. Зерттеушілер жаңа материалды «берік, жеңіл, регенерацияланатын үш өлшемді керамикалық нанолаттар» деп сипаттайды. Алайда, бұл бірнеше жыл бұрын ғылыми журналда Грир мен оның студенттері жариялаған мақаланың аты.
Астында жасырылған нәрсені электронды микроскоппен алынған бірнеше ондаған микрондық алюминий оксиді нанотатиктерінің текшесі жақсы бейнелейді. Жүктеменің әсерінен ол 85% -ға кішірейеді және оны алып тастағанда бастапқы мөлшеріне қалпына келтіріледі. Тәжірибелер сонымен қатар әр түрлі қалыңдықтағы түтіктерден тұратын торлармен жүргізілді, ең жұқа түтіктер ең берік және серпімді. Түтік қабырғасының қалыңдығы 50 нанометр, тор құлады, ал қабырғасының қалыңдығы 10 нанометр, ол бастапқы күйіне оралды - бұл өлшем әсерінің кейбір материалдардың беріктігін қалай арттыратынын көрсетеді. Теория мұны көлемінің азаюымен сусымалы материалдардың ақауларының санының азаюымен түсіндіреді. Шұңқырлы құбырлар торының архитектурасымен куб көлемінің 99,9% ауадан тұрады.
Профессор Грирдің командасы бұл кішкентай құрылымдарды 3D басып шығаруға ұқсас процесс арқылы жасайды. Әр процесс құрылымды үш өлшемде «бояйтын» екі лазерді жүргізетін САПР файлынан басталады, полимерді сәулелер фазада бір -бірін күшейтетін жерлерде емдейді. Кептірілмеген полимер тазартылған тордан ағып кетеді, ол енді соңғы құрылымды қалыптастыру үшін субстратқа айналады. Содан кейін зерттеушілер глиноземді субстратқа жабынның қалыңдығын дәл бақылайтын әдіспен қолданады. Ақырында, полимерді алу үшін тордың ұштары кесіледі, тек глиноземді құбырлардың кристалды торы қалады.
Болаттың беріктігі, бірақ салмағы ауадай
Процессор Грир бірнеше көлемді мысалдар келтірді, бірақ көлемі бойынша ауадан тұратын, бірақ олардың болаттан беріктігі аз, мұндай «инженерлік» материалдардың әлеуеті орасан зор, бірақ түсіну қиын. Бірінші мысал, гелий шығарылатын, бірақ сонымен бірге пішінін сақтайтын әуе шарлары. Екінші, болашақ әуе кемесі, оның салмағы қолмен жасалған модельдің салмағындай. Ең таңқаларлығы, егер әйгілі Алтын қақпа көпірі осындай наноқабаттардан жасалған болса, оның құрылысына қажетті барлық материалдарды (ауадан басқа) адам алақанына қоюға болар еді.
Бұл қатаң, жеңіл және ыстыққа төзімді материалдардың үлкен әскери артықшылықтары сияқты, сансыз әскери қолдануға жарамды, олардың алдын ала анықталған электрлік қасиеттері энергияны жинау мен өндіруде төңкеріс жасай алады: «Бұл наноқұрылымдар өте жеңіл, механикалық тұрақты және сонымен қатар үлкен беттер, яғни біз электрохимиялық типтегі әр түрлі қосымшаларда қолдана аламыз ».
Оларға аккумуляторлар мен отын элементтері үшін өте тиімді электродтар жатады, олар автономды энергиямен жабдықтаудың, портативті және тасымалданатын электр станцияларының басты мақсаты, сондай -ақ күн батареялары технологиясының нағыз серпілісі.
«Фотоникалық кристалдарды осыған байланысты атауға болады», - деді Грир. «Бұл құрылымдар сізге жарықты толық түсіре алатындай етіп басқаруға мүмкіндік береді, яғни сіз күн батареяларын әлдеқайда тиімді жасай аласыз - сіз барлық жарықты түсіресіз және сізде шағылыс жоғалмайды».
Швейцариядағы Еуропалық ядролық зерттеулер ұйымының профессоры Грир: «Осының бәрі наноматериалдар мен құрылымдық элементтердегі өлшемдік әсердің комбинациясы қасиеттері бар материалдардың жаңа класстарын құруға мүмкіндік береді», - деді. «Біздің алдымызда тұрған ең үлкен мәселе - нанодан біздің әлемнің көлеміне қалай қадам басу керек».
Өнеркәсіптік мөлдір керамикалық қорғаныс
IBD Deisenroth Engineering баллистикалық өнімділігі бар мөлдір керамикалық броньды әзірледі, бұл мөлдір емес керамикалық броньмен салыстырылады. Бұл жаңа мөлдір сауыт бронды әйнектен шамамен 70% жеңіл және оны мөлдір емес бронь сияқты көп әсерлі сипаттамалары бар (бірнеше соққыларға төтеп бере алатын) құрылымдарға жинауға болады. Бұл үлкен терезелері бар көліктердің массасын күрт азайтуға ғана емес, сонымен қатар барлық баллистикалық саңылауларды жабуға мүмкіндік береді.
STANAG 4569 3 деңгейіне сәйкес қорғаныс алу үшін оқ өткізбейтін шыны бетінің тығыздығы шамамен 200 кг / м2 құрайды. Үш шаршы метрлік жүк көлігінің әдеттегі терезе алаңында оқ өткізбейтін көзілдіріктің массасы 600 кг болады. Мұндай оқ өткізбейтін көзілдірікті IBD керамикасына ауыстырған кезде салмақ жоғалту 400 кг -нан асады. IBD мөлдір керамикасы - IBD NANOTech керамикасының одан әрі дамуы. IBD керамикалық плиткаларды («мозаикалық мөлдір сауыт») жинау үшін қолданылатын арнайы байланыстыру процестерін әзірлеуге қол жеткізді, содан кейін бұл тораптарды үлкен терезе панельдерін қалыптастыру үшін берік құрылымдық қабаттарға ламинаттайды. Керамикалық материалдың керемет сипаттамаларының арқасында салмағы айтарлықтай төмен бронды панельдерді шығаруға болады. Табиғи NANO-талшықты ламинатпен тірек энергияның жақсы сіңуіне байланысты жаңа мөлдір қорғаныстың баллистикалық өнімділігін одан әрі жақсартады.
Израильдік OSG (Oran Safety Glass) компаниясы бүкіл әлемде тұрақсыздық пен шиеленістің жоғарылау деңгейіне жауап бере отырып, оқ өткізбейтін шыныдан жасалған бұйымдардың кең ассортиментін шығарды. Олар арнайы қорғаныс және азаматтық секторларға, әскерилерге, әскерилерге, жоғары қауіпті кәсіптерге, құрылыс пен автомобиль өнеркәсібіне арналған. Компания нарыққа келесі технологияларды ұсынады: мөлдір қорғаныс шешімдері, баллистикалық қорғаныс шешімдері, қосымша жетілдірілген қару-жарақ жүйелері, цифрлық визуалды терезелер, апаттық шығу терезелері, түсті дисплей технологиясы бар керамикалық терезелер, индикаторлы жарық жүйесі, соққыға төзімді шыны қалқан тастар, және, ақырында, сынуға қарсы ADI технологиясы.
OSG мөлдір материалдары нақты жағдайларда үнемі тексеріледі: физикалық және баллистикалық шабуылдарды тойтару, өмірді құтқару және мүлікті қорғау. Барлық брондалған мөлдір материалдар негізгі халықаралық стандарттарға сәйкес жасалған.
