RU2469255C1 - Composite armor - Google Patents
Composite armor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2469255C1 RU2469255C1 RU2011116276/12A RU2011116276A RU2469255C1 RU 2469255 C1 RU2469255 C1 RU 2469255C1 RU 2011116276/12 A RU2011116276/12 A RU 2011116276/12A RU 2011116276 A RU2011116276 A RU 2011116276A RU 2469255 C1 RU2469255 C1 RU 2469255C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amorphous silica
- ray amorphous
- armor
- sio
- microspheres
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к разработке композиционных материалов и конструкций, используемых для защиты людей и объектов от воздействия поражающих элементов огнестрельного оружия (пуль, осколков и т.д.).The invention relates to the development of composite materials and structures used to protect people and objects from the effects of damaging elements of firearms (bullets, fragments, etc.).
Некоторые керамические материалы обладают более высокой способностью поглощения энергии удара по сравнению с металлами. Кроме того, поскольку керамические материалы имеют более низкую плотность, чем многие металлы, их использование перспективно, когда требуется уменьшить вес брони. Композиционная броня на основе керамических материалов способна заменить монолитную броню равного веса, но существенно повысить уровень защиты. Изобретательство в области создания защиты от поражающих элементов огнестрельного оружия идет в двух направлениях - повышение толщины монолитной брони и конструкционные новинки композиционной брони. На практике керамические композиционные системы брони более эффективны.Some ceramic materials have a higher ability to absorb impact energy compared to metals. In addition, since ceramic materials have a lower density than many metals, their use is promising when it is necessary to reduce the weight of the armor. Composite armor based on ceramic materials can replace monolithic armor of equal weight, but significantly increase the level of protection. Invention in the field of creating protection against the damaging elements of firearms goes in two directions - increasing the thickness of monolithic armor and structural novelties of composite armor. In practice, ceramic composite armor systems are more effective.
Известны конструкции композиционной брони (патенты US: «Гибкий бронежилет», №5996115, F41H 1/02, F41H 1/00, F41H 001/02, F41H 005/08, опубл. 7.12.1999 г.; «Герметичная керамическая композиционная броня», №7866248, F41H 5/04, опубл. 11.01.2011 г.), состоящей из одного или нескольких слоев керамических материалов, связанных с тканевыми или металлическими конструкциями. К недостаткам предлагаемых разработок можно отнести высокую вероятность получения травматических поражений обломками керамических материалов, разрушенными под воздействием поражающих элементов огнестрельного оружия.Compositional armor designs are known (US patents: “Flexible body armor”, No. 5996115, F41H 1/02, F41H 1/00, F41H 001/02, F41H 005/08, published on December 7, 1999; “Sealed ceramic composite armor” , No. 7866248, F41H 5/04, published January 11, 2011), consisting of one or more layers of ceramic materials associated with fabric or metal structures. The disadvantages of the proposed developments include the high probability of receiving traumatic injuries by fragments of ceramic materials, destroyed under the influence of damaging elements of firearms.
Наиболее близкой к заявляемой по своей технической сущности является композиционная броня по патенту US №5686689, F41H 5/00, F41H 5/04, F41H 001/02, опубл. 11.11.1997 г. (эта защитная конструкция выбрана в качестве прототипа). Композиционная броня предназначена для защиты от ударного и травматического воздействия поражающих элементов огнестрельного оружия и состоит из матричного блока, имеющего во фронтальном слое множество открытых ячеек заданной формы и размеров, в которых закреплены керамическим клеевым раствором керамические штабики, изготовленные из глинозема (Al2O3) или карбида кремния (SiC), служащие для поглощения кинетической энергии воздействующего на броню баллистического снаряда при их разрушении, при этом каждая ячейка закрыта панелью, прикрепленной к стенкам ячеек матричного блока. Данное техническое решение недостаточно эффективно обеспечивает защиту объекта от травматического воздействия элементов разрушенной защитной конструкции в результате воздействия пуль стрелкового оружия и осколков, так как гашение кинетической энергии удара происходит в основном за счет прочности керамических штабиков.Closest to the claimed in its technical essence is the composite armor of US patent No. 5686689, F41H 5/00, F41H 5/04, F41H 001/02, publ. November 11, 1997 (this protective structure was selected as a prototype). Composite armor is designed to protect against shock and traumatic effects of the damaging elements of firearms and consists of a matrix unit having in the front layer many open cells of a given shape and size, in which ceramic sticks made of alumina (Al 2 O 3 ) are fixed with ceramic adhesive. or silicon carbide (SiC), which are used to absorb the kinetic energy of a ballistic projectile acting on the armor when they are destroyed, each cell being covered by a panel, ennoy to the walls of the cells of the matrix block. This technical solution is not effective enough to protect the object from the traumatic effect of the elements of the destroyed protective structure as a result of the impact of small arms bullets and fragments, since the extinction of the kinetic energy of the impact occurs mainly due to the strength of ceramic racks.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности защитных свойств средств защиты от ударных воздействий поражающих элементов огнестрельного оружия. Предлагаемая композиционная броня в отличие от ранее применявшихся содержит пластины из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения. Улучшение защитного действия достигается за счет использования в композиционной броне пластины из рентгеноаморфного кремнезема (SiO2) в виде спрессованного порошка частиц, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2.The objective of the present invention is to increase the effectiveness of the protective properties of means of protection against shock effects of damaging elements of firearms. The proposed composite armor, unlike previously used, contains plates of X-ray amorphous silica of a given structure. Improving the protective effect is achieved through the use in the composite armor of a plate of X-ray amorphous silica (SiO 2 ) in the form of a pressed powder of particles formed on the basis of ordered microspheres SiO 2 .
Композиционная броня включает в себя монолитный матричный блок, который состоит из основания и пересекающихся стенок, простирающихся от поверхности основания, образуя ячеистую структуру с открытым верхом ячеек. В каждой ячейке находится поглощающий энергию керамический штабик из глинозема или карбида кремния и пластина из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения. Сверху ячейки крепится панель. Керамические штабики и пластины из рентгеноаморфного кремнезема закрепляются в ячейках матричного блока керамическим клеевым раствором, который должен выдержать локальный нагрев, возникающий при приваривании панелей к стенкам ячеек матричного блока. Керамический штабик служит первичным энергопоглощающим элементом брони. В зависимости от условий применения матричный блок и панели, закрывающие ячейки, изготавливают из алюминиевого сплава или из твердосплавной стали.Composite armor includes a monolithic matrix unit, which consists of a base and intersecting walls extending from the surface of the base, forming a cellular structure with an open cell top. Each cell contains an energy-absorbing ceramic pillar made of alumina or silicon carbide and a plate of X-ray amorphous silica of a given structure. A panel is mounted on top of the cell. Ceramic racks and plates made of X-ray amorphous silica are fixed in the cells of the matrix block with a ceramic adhesive solution, which must withstand the local heating that occurs when the panels are welded to the walls of the cells of the matrix block. The ceramic pillar serves as the primary energy-absorbing element of the armor. Depending on the conditions of use, the matrix unit and the panels covering the cells are made of aluminum alloy or carbide steel.
Преимущество изобретения заключается в увеличении надежности брони за счет повышения эффективности рассеивания кинетической энергии удара - переход кинетической энергии пули (или осколков) в длительные акустические колебания микросфер SiO2 в пластинах из рентгеноаморфного кремнезема. Кроме того, преимущество изобретения в том, что уменьшается вес брони, так как удельная масса пластины из рентгеноаморфного кремнезема составляет 1,6-1,8 г/см3.An advantage of the invention is to increase the reliability of the armor by increasing the efficiency of dissipation of the kinetic energy of the impact - the transition of the kinetic energy of the bullet (or fragments) into the long-term acoustic vibrations of SiO 2 microspheres in X-ray amorphous silica wafers. In addition, the advantage of the invention is that the weight of the armor is reduced, since the specific gravity of the plate of X-ray amorphous silica is 1.6-1.8 g / cm 3 .
Предлагаемая композиционная броня обеспечивает защиту объекта от травматического воздействия элементов разрушенной защитной конструкции в результате воздействия пуль стрелкового оружия и осколков, так как гашение кинетической энергии удара происходит как за счет прочности керамических штабиков, так и за счет строения пластин, изготовленных из рентгеноаморфного кремнезема. Цель изобретения достигается благодаря повышению эффективности рассеивания кинетической энергии удара в пластинах из рентгеноаморфного кремнезема за счет перехода кинетической энергии пули (или осколков) в длительные акустические колебания микросфер SiO2.The proposed composite armor protects the object from the traumatic effect of the elements of the destroyed protective structure as a result of the impact of small arms bullets and fragments, since the quenching of the kinetic energy of the impact occurs both due to the strength of ceramic posts and due to the structure of the plates made of X-ray amorphous silica. The purpose of the invention is achieved by increasing the dissipation efficiency of the kinetic energy of the impact in the plates from X-ray amorphous silica due to the transition of the kinetic energy of the bullet (or fragments) into the long-term acoustic vibrations of SiO 2 microspheres.
Техническое решение можно продемонстрировать иллюстрациями, представленными на рис.1, 2. На рис.1 показана схема внешней поверхности и разреза композиционной брони для защиты от ударного воздействия поражающих элементов огнестрельного оружия, где 1 - матричный блок, имеющий открытые ячейки в форме пчелиных сот, 2 - основание матричного блока, 3 - стенки ячеек матричного блока, 4 - керамический штабик, изготовленный из глинозема (Al2O3) или карбида кремния (SiC), 5 - пластина из рентгеноаморфного кремнезема (SiO2) в виде спрессованного порошка частиц, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2 (h - толщина пластины), 6 - керамический клеевой раствор, 7 - панель. На рис.2 представлены электронно-микроскопические снимки (растровый электронный микроскоп CARL ZEISS LEO 1430 VP) частиц (размер частиц 2-40 мкм) рентгеноаморфного кремнезема (SiO2), сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, и строение отдельных частиц рентгеноаморфного кремнезема, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2 диаметром 0,4 мкм.The technical solution can be demonstrated by the illustrations shown in Figs. 1, 2. Fig. 1 shows a diagram of the outer surface and section of the composite armor for protection against impact from the damaging elements of firearms, where 1 is a matrix unit having open cells in the shape of a honeycomb, 2 - the base of the matrix block, 3 - the walls of the cells of the matrix block, 4 - ceramic pillar made of alumina (Al 2 O 3 ) or silicon carbide (SiC), 5 - a plate of X-ray amorphous silica (SiO 2 ) in the form of a pressed particle powder, formed on the basis of ordered microspheres SiO 2 (h - plate thickness), 6 - ceramic adhesive solution, 7 - panel. Figure 2 shows electron microscopy images (scanning electron microscope CARL ZEISS LEO 1430 VP) of particles (particle size 2-40 μm) of X-ray amorphous silica (SiO 2 ) formed on the basis of ordered microspheres SiO 2 , and the structure of individual particles of X-ray amorphous silica formed on the basis of ordered microspheres SiO 2 with a diameter of 0.4 microns.
Композиционная броня включает в себя матричный блок 1, который формируется из металла, такого как алюминиевый сплав или твердосплавная сталь, и состоит из основания (плоская пластина) 2, на поверхности которого размещается множество пересекающихся стенок 3, которые составляют единое целое с основанием 2. Пересекающиеся стенки 3 образуют ячеистую структуру с открытым верхом. Матричный блок 1 формируют привариванием стенок 3 к основанию 2. Стенки матричного блока между собой соединяются также сваркой. Ячейки матричного блока, изображенные на рис.1 в форме шестиугольника, могут иметь форму квадрата, прямоугольника, ромба, треугольника и т.д. В каждой ячейке располагаются керамический штабик из глинозема или карбида кремния 4 и пластина из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения 5. Керамические штабики изготавливают из глинозема или карбида кремния в зависимости от условий применения композиционной брони. Керамика на основе карбида кремния предпочтительнее для защиты от поражающих элементов, имеющих повышенную начальную скорость (≈1 км/сек), и положения композиционной брони относительно траектории полета под прямым углом. Керамические штабики 4 имеют форму ячеек, а также плоскопараллельные переднюю и заднюю поверхности. Керамические штабики должны иметь достаточную толщину, чтобы поглощать большую часть кинетической энергии поражающих элементов.Composite armor includes a
Керамические штабики 4 и пластины из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения 5 неподвижно закреплены в ячейках матричного блока, что обеспечивает при попадании пули поглощение ими кинетической энергии поражающих элементов без ущерба для стенок 3 и основания 2 матричного блока 1. Для закрепления в ячейках матричного блока керамических штабиков 4 и пластин из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения 5 используют керамический клеевой раствор 6 и панели 7, расположенные над каждым керамическим штабиком 4 в верхней части каждой ячейки матричного блока. Указанное обеспечивает плотную посадку керамических штабиков и пластин из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения в ячейках матричного блока и делает максимальным эффект поглощения энергии керамическими штабиками 4 и пластинами из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения 5. Панели 7 (изготавливают из того же материала, что и матричный блок 1) крепятся к стенкам 3 ячеек матричного блока различными средствами, например, сваркой.
Пластина из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения 5 важна потому, что если основание матричного блока 1 имеет недостаточную жесткость, она предотвращает перемещение фрагментов керамических штабиков 4. При увеличении толщины основания 2 матричного блока возрастает вес брони, что нежелательно.A plate of X-ray amorphous silica of a given
Для того чтобы оценить стойкость конструкции брони, описанной выше, были выполнены ряд испытаний, которые представлены ниже.In order to evaluate the durability of the armor design described above, a series of tests were performed, which are presented below.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
По существу технический результат заключается в том, что пластина на основе частиц рентгеноаморфного кремнезема, состоящего из упорядоченно расположенных микросфер SiO2, обладает высоким сопротивлением к импульсным ударным воздействиям (при малой плотности) за счет способности преобразовывать короткие по длительности и мощные импульсные ударные воздействия в малые по амплитуде колебания упорядоченно расположенных микросфер SiO2, что приводит к мгновенной (за промежутки времени в наносекундном диапазоне) потере кинетической энергии поражающего элемента и, следовательно, к снижению его бронебойности. Композиционная броня содержит матричный блок, имеющий открытые ячейки в виде сот, при этом в соты матричного блока закрепляют пластины (толщиной h=1,6-3,6 мм) в виде спрессованного (с добавлением или без добавления клеевых материалов) порошка из частиц рентгеноаморфного кремнезема размерами 2-40 мкм, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2.Essentially, the technical result consists in the fact that a plate based on particles of X-ray amorphous silica, consisting of ordered SiO 2 microspheres, has a high resistance to impulse impacts (at low density) due to the ability to transform short-duration and powerful impulse impacts into small the amplitude of the oscillations of the ordered microspheres of SiO 2 , which leads to instantaneous (over time in the nanosecond range) loss of kinetic energy n protecting element and, therefore, to reduce its armor-piercing. Composite armor contains a matrix unit having open cells in the form of honeycombs, while plates (with a thickness h = 1.6-3.6 mm) are fixed in the form of a compressed (with or without adhesive materials) powder from X-ray amorphous particles into the cells of the matrix block silica with a size of 2-40 microns formed on the basis of ordered microspheres SiO 2 .
Конструкция обеспечивает защиту от поражающего действия пуль и осколков следующим образом. При большой кинетической энергии поражающий элемент пробивает панель 7, керамический штабик 4 (рис.1) с частичной потерей энергии. Пластины 5 из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения поражающий элемент достигает с меньшей скоростью и, как следствие, с меньшей энергией, что облегчает гашение кинетической энергии пластиной из рентгеноаморфного кремнезема. При этом пластина из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения действует как амортизатор, снижая ударный импульс до безопасного уровня. Механизм действия пластин из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения заключается в следующем: эффективность защитного действия достигается за счет повышения рассеивания кинетической энергии удара - переход кинетической энергии поражающих элементов в длительные акустические колебания микросфер SiO2 в пластине.The design provides protection against the damaging effects of bullets and fragments as follows. At high kinetic energy, the damaging
Для изготовления пластин из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения используется способ, заключающийся в прессовании при температуре 300-700°C в течение 30-120 минут порошка из частиц рентгеноаморфного кремнезема размерами 2-40 мкм, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, при этом прессование производится с добавление клеевых материалов в количестве не более 5 вес.% от объема пластины, содержащих силикатные добавки или с добавлением иных материалов, полимеризующихся при склеивании при температурах не превышающих температуру прессования. На основе керамических штабиков из глинозема или карбида кремния и пластин из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения без больших материальных затрат можно организовать производство средств защиты от высокоскоростных поражающих элементов современных боеприпасов.For the manufacture of plates of X-ray amorphous silica of a given structure, the method is used, which consists in pressing at a temperature of 300-700 ° C for 30-120 minutes of powder from particles of X-ray amorphous silica with sizes of 2-40 μm, formed on the basis of ordered SiO 2 microspheres, while pressing produced with the addition of adhesive materials in an amount of not more than 5 wt.% of the volume of the plate containing silicate additives or with the addition of other materials polymerized by gluing at temperatures not exceed reducing the pressing temperature. On the basis of ceramic posts made of alumina or silicon carbide and plates of X-ray amorphous silica of a given structure, without large material costs, it is possible to organize the production of protective equipment against high-speed damaging elements of modern ammunition.
Была изготовлена композиционная броня для защиты от ударного и травматического воздействия поражающих элементов огнестрельного оружия, состоящая из матричного блока, имеющего во фронтальном слое множество открытых ячеек заданной формы и размеров, в которых с использованием керамического клеевого раствора, заполняющего зазоры, закреплены керамические штабики из глинозема или карбида кремния и пластины из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения.Composite armor was manufactured to protect against shock and traumatic effects of the damaging elements of firearms, consisting of a matrix unit having in the front layer a lot of open cells of a given shape and size, in which, using ceramic adhesive solution filling the gaps, ceramic posts made of alumina were fixed or silicon carbide and plates of X-ray amorphous silica of a given structure.
Для оценки защитных показателей композиционной брони были проведены испытания на пробиваемость по стандартной методике из соответствующего баллистического ствола с использованием бронебойных пуль калибра 9 и 12,7 мм, оснащенных бронебойными сердечниками из термоупрочненной стали. Мишенью служила композиционная броня, в которой фиксировали наличие механических повреждений. Скорость пули (≈800 м/с -паспортные данные); удаленность (50 м) и угол (45° и 90°) положения композиционной брони относительно траектории полета в процессе испытаний были постоянными. Результаты испытаний представлены в примерах. Воздействие поражающего элемента снижается за счет повышения эффективности рассеивания кинетической энергии удара -переход кинетической энергии пули (или осколков) в длительные акустические колебания микросфер SiO2 в пластине из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения. Толщина пластины из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения составляла 1,6-3,6 мм, при этом толщина пластины больше 3,6 мм утяжеляет броню, но не улучшает ее защитных свойств.To assess the protective performance of composite armor, penetration tests were carried out according to the standard method from the corresponding ballistic barrel using armor-piercing bullets of 9 and 12.7 mm caliber equipped with armor-piercing cores made of heat-strengthened steel. The target was composite armor, which recorded the presence of mechanical damage. Bullet speed (≈800 m / s - passport data); the distance (50 m) and the angle (45 ° and 90 °) of the position of the composite armor relative to the flight path during the tests were constant. The test results are presented in the examples. The impact of the damaging element is reduced by increasing the efficiency of dissipation of the kinetic energy of the impact — the transition of the kinetic energy of the bullet (or fragments) into the long-term acoustic vibrations of SiO 2 microspheres in a plate of X-ray amorphous silica of a given structure. The thickness of the X-ray amorphous silica wafer of a given structure was 1.6-3.6 mm, while the wafer thickness greater than 3.6 mm makes the armor heavier, but does not improve its protective properties.
Таким образом, предлагаемая композиционная броня повышает устойчивость к поражающим элементам огнестрельного оружия. Данное техническое решение позволяет: создать преграду с высоким уровнем защитных свойств при воздействии на нее поражающих элементов под различными углами воздействия на основе нового недорогого материала из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения, создаваемого по представленному способу. В примерах подробно рассмотрен способ изготовления пластин из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения.Thus, the proposed composite armor increases resistance to damaging elements of a firearm. This technical solution allows you to: create an obstacle with a high level of protective properties when exposed to damaging elements at different angles of exposure based on a new inexpensive material from X-ray amorphous silica of a given structure, created by the presented method. In the examples, a method for manufacturing plates of X-ray amorphous silica of a given structure is described in detail.
Пример 1.Example 1
Была изготовлена композиционная броня, состоящая из матричного блока размером 200×200 мм, имеющего открытые ячейки в форме пчелиных сот (правильные шестиугольники с размером сторон равным 60 мм), стенки ячеек матричного блока имели толщину 2,5 мм и высоту 25 мм. Толщина панелей составляла 2,5 мм, а толщина основания матричного блока 10 мм. Общая толщина брони была 35 мм. Матричный блок и панели были изготовлены из алюминиевого сплава, а керамические штабики были сформированы из керамики на основе глинозема. В ячейках матричного блока последовательно закрепляли керамическим клеевым раствором (порошок Al2O3 в жидком стекле) пластины (толщиной 2,5 мм) на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящие из частиц размерами 30-35 мкм, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, и керамические штабики, изготовленные из глинозема (толщиной 20 мм). Частицы упорядоченных упаковок микросфер рентгеноаморфного кремнезема (SiO2) заданных размеров получают дроблением сформированных объемных образцов на шаровой мельнице до получения порошка с частицами нужного размера. Полученная масса рассеивалась с использованием стандартного набора сит для выделения частиц с размерами в заданном диапазоне.A composite armor was made, which consisted of a 200 × 200 mm matrix block with open cells in the shape of a honeycomb (regular hexagons with a side size of 60 mm), the walls of the cells of the matrix block had a thickness of 2.5 mm and a height of 25 mm. The thickness of the panels was 2.5 mm, and the thickness of the base of the matrix unit was 10 mm. The total thickness of the armor was 35 mm. The matrix block and panels were made of aluminum alloy, and the ceramic posts were formed from alumina-based ceramics. In the cells of the matrix block, successively fixed with a ceramic adhesive solution (Al 2 O 3 powder in liquid glass) plates (2.5 mm thick) based on X-ray amorphous silica, consisting of particles 30-35 μm in size, formed on the basis of ordered SiO 2 microspheres, and ceramic racks made of alumina (20 mm thick). Particles of ordered packages of microspheres of X-ray amorphous silica (SiO 2 ) of a given size are obtained by crushing the formed bulk samples in a ball mill to obtain a powder with particles of the desired size. The resulting mass was dispersed using a standard set of sieves to isolate particles with sizes in a given range.
Пластины из рентгеноаморфного кремнезема в виде спрессованного порошка частиц, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, изготавливали прессованием в пресс-форме площадью 120×120 мм с высотой стенок 2,5 мм при температуре 500°C в течение 80 минут порошка из частиц рентгеноаморфного кремнезема размерами 30-35 мкм, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, при этом прессование производится в пресс-форме, заполненной порошком из частиц рентгеноаморфного кремнезема, с добавление клеевых материалов в количестве не более 5 вес.% от объема пластины, содержащих силикатные добавки или с добавлением иных материалов, полимеризующихся при склеивании при температурах ниже температуры прессования. Процесс прессования включал подпрессовывание 3-4 раза при температуре 500°C в течение 30 минут с посыпанием порошка в пресс-форму до ее полного заполнения композитным материалом на всю высоту стенок пресс-формы, равную 2,5 мм. После извлечения спрессованной пластины производили ее резку на пластины в форме правильных шестиугольников с размерами, соответствующими размерам ячеек в форме пчелиных сот матричного блока. Порошок на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящий из частиц, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, получают реакцией гидролиза тетраэфира ортокремниевой кислоты (Si(OC2H5)4) в этаноле (С2Н5OН) в присутствии катализатора - гидрооксида аммония (NH4OH) (смешение 1 части NH4OH (25% водный раствор), 50 частей С2Н5OН и 1,6 частей Si(OC2H5)4). Si(OC2H5)4 предварительно прогревают при температуре 105°C в течение 180 минут. Изготовленная суспензия микросфер рентгеноаморфного кремнезема помещается в сосуд из кварцевого стекла с плоским дном на срок 2-3 месяца (в зависимости от заданного объема осаждаемого материала). Полученный образец подвергался сушке и термообработке при стандартных параметрах (в сушильном шкафу при 150°C в течение суток и в муфельной печи при 700°C в течение 10 часов). Для получения объемного материала с заданными диаметрами указанных микросфер в диапазоне 0,2-0,4 мкм изменяют концентрацию (Si(OC2H5)4) и другие технологические параметры, включая температуру предварительного прогрева. Технология получения и реальное строение рентгеноаморфного кремнезема, представленного упорядоченной упаковкой микросфер SiO2, подробно рассмотрены в литературе, например, в книге: Наноматериалы. III. Фотонные кристаллы и нанокомпозиты на основе опаловых матриц // Коллективная монография. Под ред. М.И.Самойловича. М.: Техномаш, 2007, 303 с.X-ray amorphous silica wafers in the form of a pressed powder of particles formed on the basis of ordered SiO 2 microspheres were made by pressing in a mold with an area of 120 × 120 mm and a wall height of 2.5 mm at a temperature of 500 ° C for 80 minutes of a powder of X-ray amorphous particles size 30-35 .mu.m silica formed on the basis of orderly arranged microspheres SiO 2, wherein the pressing is performed in a mold filled with a powder of X-ray amorphous silica particles, with the addition of adhesive material in not more than 5 wt.% of a plate containing silicate builders, or with the addition of other materials, polymerizing at bonding at temperatures lower than the pressing temperature. The pressing process included prepressing 3-4 times at a temperature of 500 ° C for 30 minutes, sprinkling the powder into the mold until it was completely filled with composite material to the entire height of the mold walls equal to 2.5 mm. After extraction of the pressed plate, it was cut into plates in the form of regular hexagons with sizes corresponding to the sizes of cells in the form of honeycombs in the matrix block. X-ray amorphous silica powder, consisting of particles formed on the basis of ordered SiO 2 microspheres, is obtained by hydrolysis of orthosilicic acid tetraester (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) in ethanol (C 2 H 5 OH) in the presence of a catalyst - ammonium hydroxide (NH 4 OH) (mixing 1 part NH 4 OH (25% aqueous solution), 50 parts C 2 H 5 OH and 1.6 parts Si (OC 2 H 5 ) 4 ). Si (OC 2 H 5 ) 4 is preheated at a temperature of 105 ° C for 180 minutes. The suspension of X-ray amorphous silica microspheres made is placed in a quartz glass vessel with a flat bottom for a period of 2-3 months (depending on the set volume of the deposited material). The resulting sample was dried and heat treated at standard parameters (in an oven at 150 ° C for a day and in a muffle furnace at 700 ° C for 10 hours). To obtain a bulk material with specified diameters of these microspheres in the range of 0.2-0.4 μm, the concentration (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) and other technological parameters, including the preheating temperature, are changed. The production technology and the real structure of X-ray amorphous silica, represented by ordered packing of SiO 2 microspheres, are discussed in detail in the literature, for example, in the book: Nanomaterials. III. Photonic crystals and nanocomposites based on opal matrices // Collective monograph. Ed. M.I. Samoilovich. M.: Tekhnomash, 2007, 303 p.
Для оценки защитных показателей композиционной брони были проведены испытания на пробиваемость по стандартной методике из соответствующего баллистического ствола с использованием стандартных патронов для бронебойных пуль калибра 9 и 12,7 мм со стальным термоупрочненным сердечником. Мишенью служила композиционная броня, в которой фиксировали наличие механических повреждений и деформацию основания матричного блока. Величина упругой деформации основания матричного блока оценивалась по пластической деформации слоя метилакрилата толщиной 3 мм, наносимого на тыльную поверхность основания матричного блока. Скорость пули (≈800 м/с - паспортные данные); положения пластинчатой брони относительно траектории полета в процессе испытаний были постоянными - удаленность (50 м) и угол (90°).To assess the protective performance of composite armor, penetration tests were carried out according to the standard method from the corresponding ballistic barrel using standard cartridges for armor-piercing bullets of 9 and 12.7 mm caliber with a steel heat-strengthened core. The target was composite armor, which recorded the presence of mechanical damage and deformation of the base of the matrix unit. The elastic deformation of the base of the matrix block was estimated from the plastic deformation of a layer of methyl acrylate with a thickness of 3 mm applied to the back surface of the base of the matrix block. Bullet speed (≈800 m / s - passport data); the positions of the plate armor relative to the flight path during the tests were constant - remoteness (50 m) and angle (90 °).
Полученная таким способом композиционная броня, содержащая пластины из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения, обеспечивает непробитие брони и характеризуется отсутствием травматического эффекта, оцениваемого по деформации основания матричного блока. При применении композиционной брони, соответствующей прототипу - без использования пластин на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящих из частиц, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, происходит ударное травматическое воздействие на защищаемый объект поражающих элементов оружия и элементов брони.The composite armor obtained in this way, containing plates of X-ray amorphous silica of a given structure, ensures non-penetration of the armor and is characterized by the absence of a traumatic effect, estimated by deformation of the base of the matrix block. When using composite armor corresponding to the prototype - without using plates based on X-ray amorphous silica, consisting of particles formed on the basis of ordered SiO 2 microspheres, a traumatic shock effect on the protected object of the damaging elements of weapons and armor elements occurs.
Пример 2.Example 2
Была изготовлена композиционная броня, состоящая из матричного блока размером 200×200 мм, имеющего открытые ячейки в форме пчелиных сот (правильные шестиугольники с размером стороны равным 40 мм), стенки ячеек матричного блока имели толщину 2,5 мм и высоту 22,5 мм. Толщина панелей составляла 2,5 мм, а толщина основания матричного блока 10 мм. Общая толщина брони была 32,5 мм. Матричный блок и панели были изготовлены из алюминиевого сплава, а керамические штабики были сформированы из керамики на основе карбида кремния. В ячейках матричного блока последовательно закрепляли керамическим клеевым раствором (порошок Al2O3 в жидком стекле) пластины (толщиной 2,5 мм) на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящие из частиц размерами 1, 2, 30, 40 и 45 мкм, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, и керамические штабики, изготовленные из карбида кремния толщиной 17,5 мм.A composite armor was made, consisting of a 200 × 200 mm matrix block having open cells in the shape of a honeycomb (regular hexagons with a side size of 40 mm), the walls of the matrix block cells had a thickness of 2.5 mm and a height of 22.5 mm. The thickness of the panels was 2.5 mm, and the thickness of the base of the matrix unit was 10 mm. The total thickness of the armor was 32.5 mm. The matrix unit and panels were made of aluminum alloy, and the ceramic posts were formed of ceramic based on silicon carbide. In the cells of the matrix block, successively fixed with a ceramic adhesive solution (Al 2 O 3 powder in liquid glass) plates (2.5 mm thick) based on X-ray amorphous silica, consisting of particles of
Пластины из кремнезема изготавливали прессованием в пресс-форме площадью 120×120 мм с высотой стенок 2,5 мм при температуре 500°C в течение 80 минут порошка из частиц рентгеноаморфного кремнезема размерами 1, 2, 30, 40 и 45 мкм, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, при этом прессование производится в пресс-форме, заполненной порошком из частиц рентгеноаморфного кремнезема, с добавление клеевых материалов в количестве не более 5 вес.% от объема пластины, содержащих силикатные добавки или с добавлением иных материалов, полимеризующихся при склеивании при температурах ниже температуры прессования. Процесс прессования включал подпрессовывание 3-4 раза при температуре 500°C в течение 30 минут с посыпанием порошка в пресс-форму до ее полного заполнения композитным материалом на всю высоту стенок пресс-формы, равную 2,5 мм. После извлечения спрессованной пластины производили ее резку на пластины в форме правильных шестиугольников с размерами, соответствующими размерам ячеек в форме пчелиных сот матричного блока. Порошок на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящий из частиц, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, получают реакцией гидролиза тетраэфира ортокремниевой кислоты (Si(OC2H5)4) в этаноле (С2Н3ОН) в присутствии катализатора - гидрооксида аммония (NH4OH) (смешение 1 части NH4OH (25% водный раствор), 50 частей С2Н5OН и 1,6 частей Si(OC2H5)4). Si(OC2H5)4 предварительно прогревают при температуре 105°C в течение 180 минут. Изготовленная суспензия микросфер рентгеноаморфного кремнезема помещается в сосуд из кварцевого стекла с плоским дном на срок 2-3 месяца (в зависимости от заданного объема осаждаемого материала). Полученный образец подвергался сушке и термообработке при стандартных параметрах (в сушильном шкафу при 150°C в течение суток и в муфельной печи при 700°C в течение 10 часов).Silica wafers were made by compression molding in a mold with an area of 120 × 120 mm with a wall height of 2.5 mm at a temperature of 500 ° C for 80 minutes of a powder of X-ray amorphous silica particles of
Для оценки защитных показателей композиционной брони были проведены испытания на пробиваемость по стандартной методике из соответствующего баллистического ствола с использованием стандартных патронов для бронебойных пуль калибра 9 и 12,7 мм со стальным термоупрочненным сердечником. Мишенью служила композиционная броня, в которой фиксировали наличие механических повреждений и деформацию основания матричного блока. Величина упругой деформации основания матричного блока оценивалась по пластической деформации слоя метилакрилата толщиной 3 мм, наносимого на тыльную поверхность основания матричного блока. Скорость пули (≈800 м/с); положения композиционной брони относительно траектории полета в процессе испытаний были постоянными - удаленность (50 м) и угол (90°).To assess the protective performance of composite armor, penetration tests were carried out according to the standard method from the corresponding ballistic barrel using standard cartridges for armor-piercing bullets of 9 and 12.7 mm caliber with a steel heat-strengthened core. The target was composite armor, which recorded the presence of mechanical damage and deformation of the base of the matrix unit. The elastic deformation of the base of the matrix block was estimated from the plastic deformation of a layer of methyl acrylate with a thickness of 3 mm applied to the back surface of the base of the matrix block. Bullet speed (≈800 m / s); the positions of the composite armor relative to the flight path during the tests were constant - remoteness (50 m) and angle (90 °).
Полученная таким способом композиционная броня, содержащая пластины из рентгеноаморфного кремнезема толщиной 1,6-3,6 мм, обеспечивает непробитие брони и характеризуется отсутствием травматического эффекта. При применении композиционной брони, соответствующей прототипу - без использования пластин на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящих из частиц, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, происходит ударное травматическое воздействие на защищаемый объект поражающих элементов оружия и элементов брони. При применении композиционной брони с использованием пластин на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящих из частиц размерами 1, 2, 15, 30, 40, 42 и 50 мкм, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, при размере частиц 1, 42 и 50 мкм происходит ударное травматическое воздействие на защищаемый объект поражающих элементов оружия и элементов брони. Это объясняется тем, что пластины, состоящие из частиц рентгеноаморфного кремнезема, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, размером меньше 2 мкм и больше 40 мкм, не обладают сопротивлением к импульсным ударным воздействиям, так как при указанных размерах частиц утрачивается способность преобразовывать короткие по длительности и мощные импульсные ударные воздействия в малые по амплитуде колебания упорядоченно расположенных микросфер SiO2.The composite armor obtained in this way, containing 1.6–3.6 mm thick wafers of X-ray amorphous silica, provides non-penetration of the armor and is characterized by the absence of a traumatic effect. When using composite armor corresponding to the prototype - without using plates based on X-ray amorphous silica, consisting of particles formed on the basis of ordered SiO 2 microspheres, a traumatic shock effect on the protected object of the damaging elements of weapons and armor elements occurs. When using composite armor using wafers based on X-ray amorphous silica, consisting of particles of
Пример 3.Example 3
Была изготовлена композиционная броня, состоящая из матричного блока размером 200×200 мм, имеющего открытые ячейки в форме пчелиных сот (правильные шестиугольники с размером стороны равным 40 мм), стенки ячеек матричного блока имели толщину 2,5 мм и высоту 25 мм. Толщина панелей составляла 2,5 мм, а толщина основания матричного блока 10 мм. Общая толщина брони была 35 мм. Матричный блок и панели были изготовлены из алюминиевого сплава, а керамические штабики были сформированы из керамики на основе глинозема. В ячейках матричного блока последовательно закрепляли керамическим клеевым раствором (порошок Al2O3 в жидком стекле) пластины (толщиной 2,5 мм) на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящие из частиц размерами 30-35 мкм, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, и керамические блоки, изготовленные из глинозема (толщиной 20 мм).A composite armor was made, consisting of a 200 × 200 mm matrix block with open cells in the shape of a honeycomb (regular hexagons with a side size of 40 mm), the cell wall of the matrix block had a thickness of 2.5 mm and a height of 25 mm. The thickness of the panels was 2.5 mm, and the thickness of the base of the matrix unit was 10 mm. The total thickness of the armor was 35 mm. The matrix block and panels were made of aluminum alloy, and the ceramic posts were formed from alumina-based ceramics. In the cells of the matrix block, successively fixed with a ceramic adhesive solution (Al 2 O 3 powder in liquid glass) plates (2.5 mm thick) based on X-ray amorphous silica, consisting of particles 30-35 μm in size, formed on the basis of ordered SiO 2 microspheres, and ceramic blocks made of alumina (20 mm thick).
Пластины из рентгеноаморфного кремнезема изготавливали прессованием в пресс-форме площадью 120×120 мм с высотой стенок 2,5 мм при температуре 250, 290, 300, 500, 700, 710 и 750°C в течение 80 минут порошка из частиц рентгеноаморфного кремнезема размерами 1, 2, 30, 40 и 45 мкм, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, при этом прессование производится в пресс-форме, заполненной порошком из частиц рентгеноаморфного кремнезема, с добавление клеевых материалов в количестве не более 5 вес.% от объема пластин, содержащих силикатные добавки или с добавлением иных материалов, полимеризующихся при склеивании при температурах ниже температуры прессования. Процесс прессования включал подпрессовывание 3-4 раза при температуре прессования в течение 30 минут с посыпанием порошка в пресс-форму до ее полного заполнения композитным материалом на всю высоту стенок пресс-формы, равную 2,5 мм. После извлечения спрессованной пластины производили ее резку на пластины в форме правильных шестиугольников с размерами, соответствующими размерам ячеек в форме пчелиных сот матричного блока. Порошок на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящий из частиц, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, получают реакцией гидролиза тетраэфира ортокремниевой кислоты (Si(OC2H5)4) в этаноле (С2Н5OН) в присутствии катализатора - гидрооксида аммония (NH4OH) (смешение 1 части NH4OH (25% водный раствор), 50 частей С2Н5OH и 1,6 частей Si(OC2H5)4). Si(OC2H5)4 предварительно прогревают при температуре 105°C в течение 180 минут. Изготовленная суспензия микросфер рентгеноаморфного кремнезема помещается в сосуд из кварцевого стекла с плоским дном на срок 2-3 месяца (в зависимости от заданного объема осаждаемого материала). Полученный образец подвергался сушке и термообработке при стандартных параметрах (в сушильном шкафу при 150°C в течение суток и в муфельной печи при 700°C в течение 10 часов).X-ray amorphous silica wafers were made by compression molding in a mold with an area of 120 × 120 mm and a wall height of 2.5 mm at a temperature of 250, 290, 300, 500, 700, 710, and 750 ° C for 80 minutes of a powder of X-ray amorphous silica particles with
Для оценки защитных показателей композиционной брони были проведены испытания на пробиваемость по стандартной методике из соответствующего баллистического ствола с использованием стандартных патронов для бронебойных пуль калибра 9 и 12,7 мм со стальным термоупрочненным сердечником. Мишенью служила композиционная броня, в которой фиксировали наличие механических повреждений и деформацию основания матричного блока. Величина упругой деформации основания матричного блока оценивалась по пластической деформации слоя метилакрилата толщиной 3 мм, наносимого на тыльную поверхность основания матричного блока. Скорость пули (≈800 м/с - паспортные данные); положения пластинчатой брони относительно траектории полета в процессе испытаний были постоянными - удаленность (50 м) и угол (45° и 90°).To assess the protective performance of composite armor, penetration tests were carried out according to the standard method from the corresponding ballistic barrel using standard cartridges for armor-piercing bullets of 9 and 12.7 mm caliber with a steel heat-strengthened core. The target was composite armor, which recorded the presence of mechanical damage and deformation of the base of the matrix unit. The elastic deformation of the base of the matrix block was estimated from the plastic deformation of a layer of methyl acrylate with a thickness of 3 mm applied to the back surface of the base of the matrix block. Bullet speed (≈800 m / s - passport data); the positions of the plate armor relative to the flight path during the tests were constant - remoteness (50 m) and angle (45 ° and 90 °).
При применении композиционной брони с использованием пластин композитного материала на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящих из частиц размерами 30-35 мкм, сформированных прессованием при температурах 300, 500 и 700°C, не происходит ударного травматического воздействия на защищаемый объект поражающих элементов оружия и элементов брони. При применении композиционной брони с использованием пластин на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящих из частиц размерами 30-35 мкм, сформированных прессованием при температурах 250, 290, 710 и 750°С, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, происходит ударное травматическое воздействие на защищаемый объект поражающих элементов оружия и элементов брони. Это объясняется тем, что пластины, состоящие из частиц рентгеноаморфного кремнезема, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, сформированных прессованием при температурах 250, 290, 710 и 750°C, не обладают сопротивлением к импульсным ударным воздействиям, так как при указанных параметрах прессования пластиной утрачивается способность преобразовывать короткие по длительности и мощные импульсные ударные воздействия в малые по амплитуде колебания упорядоченно расположенных микросфер SiO2.When using composite armor using plates of a composite material based on X-ray amorphous silica, consisting of particles 30-35 μm in size, formed by pressing at temperatures of 300, 500 and 700 ° C, there is no shock traumatic effect on the protected object of damaging weapons and armor elements. When using composite armor using plates based on X-ray amorphous silica, consisting of particles of 30-35 μm in size, formed by pressing at temperatures of 250, 290, 710 and 750 ° C, formed on the basis of ordered SiO 2 microspheres, a shock traumatic effect on the protected the object of striking elements of weapons and elements of armor. This is explained by the fact that wafers consisting of X-ray amorphous silica particles formed on the basis of ordered SiO 2 microspheres formed by pressing at temperatures of 250, 290, 710 and 750 ° C do not have resistance to impulse impacts, since at the indicated pressing parameters the plate loses the ability to convert short in duration and powerful pulsed shock effects into small-amplitude vibrations of ordered SiO 2 microspheres.
Пример 4.Example 4
Была изготовлена композиционная броня, состоящая из матричного блока размером 100×100 мм, имеющего открытые ячейки в форме пчелиных сот (правильные шестиугольники с размером стороны равным 40 мм), стенки ячеек матричного блока имели толщину 2,5 мм и высоту 25 мм. Толщина панелей составляла 2,5 мм, а толщина основания матричного блока 10 мм. Общая толщина брони была 35 мм. Матричный блок и панели были изготовлены из алюминиевого сплава, а керамические штабики были сформированы из керамики на основе глинозема. В ячейках матричного блока последовательно закрепляли керамическим клеевым раствором (порошок Al2O3 в жидком стекле) пластины (толщиной 2,5 мм) на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящие из частиц размерами 30-35 мкм, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, и керамические блоки, изготовленные из карбида кремния толщиной 20 мм.A composite armor was made, consisting of a 100 × 100 mm matrix block with open cells in the shape of a honeycomb (regular hexagons with a side size of 40 mm), the walls of the cells of the matrix block had a thickness of 2.5 mm and a height of 25 mm. The thickness of the panels was 2.5 mm, and the thickness of the base of the matrix unit was 10 mm. The total thickness of the armor was 35 mm. The matrix block and panels were made of aluminum alloy, and the ceramic posts were formed from alumina-based ceramics. In the cells of the matrix block, successively fixed with a ceramic adhesive solution (Al 2 O 3 powder in liquid glass) plates (2.5 mm thick) based on X-ray amorphous silica, consisting of particles 30-35 μm in size, formed on the basis of ordered SiO 2 microspheres, and ceramic blocks made of silicon carbide 20 mm thick.
Пластины из рентгеноаморфного кремнезема изготавливали прессованием в пресс-форме площадью 120×120 мм с высотой стенок 2,5 мм при температуре 500°C в течение 20, 28, 30, 60, 80, 120, 125 и 140 минут порошка из частиц рентгеноаморфного кремнезема размерами 30-35 мкм, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, при этом прессование производится в пресс-форме, заполненной порошком из частиц рентгеноаморфного кремнезема, с добавление клеевых материалов в количестве не более 5 вес.% от объема пластины, содержащих силикатные добавки или с добавлением иных материалов, полимеризующихся при склеивании при температурах ниже температуры прессования. Процесс прессования включал подпрессовывание 3-4 раза при температуре 500°C в течение 20, 28, 30, 60, 80, 120, 125 и 140 минут с посыпанием порошка в пресс-форму до ее полного заполнения композитным материалом на всю высоту стенок прессформы, равную 2,5 мм. После извлечения спрессованной пластины производили ее резку на пластины в форме правильных шестиугольников с размерами, соответствующими размерам ячеек в форме пчелиных сот матричного блока. Порошок на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящий из частиц, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, получают реакцией гидролиза тетраэфира ортокремниевой кислоты (Si(OC2H5)4) в этаноле (C2H5OH) в присутствии катализатора - гидрооксида аммония (NH4OH) (смешение 1 части NH4OH (25% водный раствор), 50 частей С2H5ОН и 1,6 частей Si(OC2H5)4). Si(ОС2Н5)4 предварительно прогревают при температуре 105°C в течение 180 минут. Изготовленная суспензия микросфер рентгеноаморфного кремнезема помещается в сосуд из кварцевого стекла с плоским дном на срок 2-3 месяца (в зависимости от заданного объема осаждаемого материала). Полученный образец подвергался сушке и термообработке при стандартных параметрах (в сушильном шкафу при 150°C в течение суток и в муфельной печи при 700°C в течение 10 часов).X-ray amorphous silica wafers were made by compression molding in a mold with an area of 120 × 120 mm with a wall height of 2.5 mm at a temperature of 500 ° C for 20, 28, 30, 60, 80, 120, 125, and 140 minutes of powder from X-ray amorphous silica particles 30-35 microns in size, formed on the basis of SiO 2 microspheres arranged in an orderly manner, while pressing is performed in a mold filled with powder from X-ray amorphous silica particles, with the addition of adhesive materials in an amount of not more than 5 wt.% of the plate containing silicate additives or from to ION other materials polymerizable by gluing at temperatures below the pressing temperature. The pressing process included pressing 3-4 times at a temperature of 500 ° C for 20, 28, 30, 60, 80, 120, 125 and 140 minutes with the powder sprinkled into the mold until it was completely filled with composite material to the entire height of the mold walls, equal to 2.5 mm. After extraction of the pressed plate, it was cut into plates in the form of regular hexagons with sizes corresponding to the sizes of cells in the form of honeycombs in the matrix block. X-ray amorphous silica powder, consisting of particles formed on the basis of ordered SiO 2 microspheres, is obtained by hydrolysis of orthosilicic acid tetraester (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) in ethanol (C 2 H 5 OH) in the presence of an ammonium hydroxide catalyst (NH 4 OH) (mixing 1 part NH 4 OH (25% aqueous solution), 50 parts C 2 H 5 OH and 1.6 parts Si (OC 2 H 5 ) 4 ). Si (OS 2 H 5 ) 4 is preheated at a temperature of 105 ° C for 180 minutes. The suspension of X-ray amorphous silica microspheres made is placed in a quartz glass vessel with a flat bottom for a period of 2-3 months (depending on the set volume of the deposited material). The resulting sample was dried and heat treated at standard parameters (in an oven at 150 ° C for a day and in a muffle furnace at 700 ° C for 10 hours).
Для оценки защитных показателей композиционной брони были проведены испытания на пробиваемость по стандартной методике из соответствующего баллистического ствола с использованием стандартных патронов для бронебойных пуль калибра 9 и 12,7 мм со стальным термоупрочненным сердечником. Мишенью служила композиционная броня, в которой фиксировали наличие механических повреждений и деформацию основания матричного блока. Величина упругой деформации основания матричного блока оценивалась по пластической деформации слоя метилакрилата толщиной 3 мм, наносимого на тыльную поверхность основания матричного блока. Скорость пули (≈800 м/с - паспортные данные); положения пластинчатой брони относительно траектории полета в процессе испытаний были постоянными - удаленность (50 м) и угол (45° и 90°).To assess the protective performance of composite armor, penetration tests were carried out according to the standard method from the corresponding ballistic barrel using standard cartridges for armor-piercing bullets of 9 and 12.7 mm caliber with a steel heat-strengthened core. The target was composite armor, which recorded the presence of mechanical damage and deformation of the base of the matrix unit. The elastic deformation of the base of the matrix block was estimated from the plastic deformation of a layer of methyl acrylate with a thickness of 3 mm applied to the back surface of the base of the matrix block. Bullet speed (≈800 m / s - passport data); the positions of the plate armor relative to the flight path during the tests were constant - remoteness (50 m) and angle (45 ° and 90 °).
При применении композиционной брони с использованием пластин на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящих из частиц размерами 30-35 мкм, сформированных прессованием при температуре 500°C, в течение 30, 60, 80 и 120 минут на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, не происходит ударного травматического воздействия на защищаемый объект поражающих элементов оружия и элементов брони. При применении композиционной брони с использованием пластин на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящих из частиц размерами 30-35 мкм, сформированных прессованием при температуре 500°C, в течение 20, 28, 125 и 140 минут, происходит ударное травматическое воздействие на защищаемый объект поражающих элементов оружия и элементов брони. Это объясняется тем, что пластины, состоящие из частиц рентгеноаморфного кремнезема, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, сформированных прессованием при температуре 500°C, при длительности процесса 20, 28, 125 и 140 минут не обладают сопротивлением к импульсным ударным воздействиям, так как при указанном времени прессования утрачивается способность преобразовывать короткие по длительности и мощные импульсные ударные воздействия в малые по амплитуде колебания упорядоченно расположенных микросфер SiO2.When using composite armor using plates based on X-ray amorphous silica, consisting of particles of 30-35 μm in size, formed by pressing at a temperature of 500 ° C for 30, 60, 80 and 120 minutes on the basis of ordered SiO 2 microspheres, no shock occurs traumatic impact on the protected object of damaging elements of weapons and elements of armor. When using composite armor using plates based on X-ray amorphous silica, consisting of particles of 30-35 microns in size, formed by pressing at a temperature of 500 ° C, for 20, 28, 125 and 140 minutes, shock traumatic impact on the protected object of the damaging elements of weapons and armor elements. This is explained by the fact that wafers consisting of X-ray amorphous silica particles formed on the basis of ordered SiO 2 microspheres formed by pressing at a temperature of 500 ° C do not have resistance to impulse impacts with a duration of 20, 28, 125, and 140 minutes, so as at the indicated pressing time, the ability to transform short in duration and powerful pulsed shock effects into small-amplitude oscillations of ordered SiO 2 microspheres is lost.
Пример 5.Example 5
Была изготовлена композиционная броня, состоящая из матричного блока размером 100×100 мм, имеющего открытые ячейки в форме пчелиных сот (правильные шестиугольники с размером стороны равным 40 мм), стенки ячеек матричного блока имели толщину 2,5 мм и высоту 25 мм. Толщина панелей составляла 2,5 мм, а толщина основания матричного блока 10 мм. Общая толщина брони была 35 мм. Матричный блок и панели были изготовлены из алюминиевого сплава, а керамические штабики были сформированы из керамики на основе глинозема. В ячейках матричного блока последовательно закрепляли керамическим клеевым раствором (порошок Al2O3 в жидком стекле) пластины (толщиной 2,5 мм) на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящие из частиц размерами 30-35 мкм, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SlO2, и керамические блоки, изготовленные из карбида кремния толщиной 20 мм.A composite armor was made, consisting of a 100 × 100 mm matrix block with open cells in the shape of a honeycomb (regular hexagons with a side size of 40 mm), the walls of the cells of the matrix block had a thickness of 2.5 mm and a height of 25 mm. The thickness of the panels was 2.5 mm, and the thickness of the base of the matrix unit was 10 mm. The total thickness of the armor was 35 mm. The matrix block and panels were made of aluminum alloy, and the ceramic posts were formed from alumina-based ceramics. In the cells of the matrix block, plates (2.5 mm thick) on the basis of X-ray amorphous silica, consisting of particles 30-35 μm in size, formed on the basis of ordered SlO 2 microspheres, were sequentially fixed with a ceramic adhesive solution (Al 2 O 3 powder in liquid glass). and ceramic blocks made of silicon carbide 20 mm thick.
Пластины из кремнезема изготавливали прессованием в пресс-форме площадью 120×120 мм с высотой стенок 2,5 мм при температуре 500°C в течение 80 минут порошка из частиц рентгеноаморфного кремнезема размерами 30-35 мкм, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, при этом прессование производится в пресс-форме, заполненной порошком из частиц рентгеноаморфного кремнезема, с добавление клеевых материалов в количестве 1, 3, 5, 6 и 8 вес.% от объема пластины, содержащих силикатные добавки или с добавлением иных материалов, полимеризующихся при склеивании при температурах ниже температуры прессования. Процесс прессования включал подпрессовывание 3-4 раза при температуре 500°C в течение 80 минут с посыпанием порошка в пресс-форму до ее полного заполнения композитным материалом на всю высоту стенок пресс-формы, равную 2,5 мм. После извлечения спрессованной пластины производили ее резку на пластины в форме правильных шестиугольников с размерами, соответствующими размерам ячеек в форме пчелиных сот матричного блока. Порошок на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящий из частиц, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, получают реакцией гидролиза тетраэфира ортокремниевой кислоты (Si(OC2H5)4) в этаноле (С2Н5OН) в присутствии катализатора - гидрооксида аммония (NH4OH) (смешение 1 части NH4OH (25% водный раствор), 50 частей С2Н5ОН и 1,6 частей Si(OC2H5)4. Si(OC2H5)4 предварительно прогревают при температуре 105°C в течение 180 минут. Изготовленная суспензия микросфер рентгеноаморфного кремнезема помещается в сосуд из кварцевого стекла с плоским дном на срок 2-3 месяца (в зависимости от заданного объема осаждаемого материала). Полученный образец подвергался сушке и термообработке при стандартных параметрах (в сушильном шкафу при 150°C в течение суток и в муфельной печи при 700°C в течение 10 часов).Silica wafers were made by compression molding in a mold with an area of 120 × 120 mm with a wall height of 2.5 mm at a temperature of 500 ° C for 80 minutes of a powder of X-ray amorphous silica particles with sizes of 30-35 μm, formed on the basis of ordered SiO 2 microspheres, while pressing is performed in a mold filled with powder from X-ray amorphous silica particles, with the addition of adhesive materials in the amount of 1, 3, 5, 6 and 8 wt.% of the volume of the plate containing silicate additives or with the addition of other materials, polymerization schihsya when bonding at temperatures lower than the pressing temperature. The pressing process included prepressing 3-4 times at a temperature of 500 ° C for 80 minutes with sprinkling the powder into the mold until it was completely filled with composite material to the entire height of the mold walls equal to 2.5 mm. After extraction of the pressed plate, it was cut into plates in the form of regular hexagons with sizes corresponding to the sizes of cells in the form of honeycombs in the matrix block. X-ray amorphous silica powder, consisting of particles formed on the basis of ordered SiO 2 microspheres, is obtained by hydrolysis of orthosilicic acid tetraester (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) in ethanol (C 2 H 5 OH) in the presence of a catalyst - ammonium hydroxide (NH 4 OH) (mixing 1 part NH 4 OH (25% aqueous solution), 50 parts C 2 H 5 OH and 1.6 parts Si (OC 2 H 5 ) 4. Si (OC 2 H 5 ) 4 are preheated at a temperature of 105 ° C for 180 minutes. The suspension of microspheres of X-ray amorphous silica prepared is placed in a vessel made of quartz glass with a flat bottom for a period of 2-3 months (depending on the specified volume of deposited material). The resulting sample was dried and heat treated at standard parameters (in an oven at 150 ° C for 24 hours and in a muffle furnace at 700 ° C for 10 hours).
Для оценки защитных показателей композиционной брони были проведены испытания на пробиваемость по стандартной методике из соответствующего баллистического ствола с использованием стандартных патронов для бронебойных пуль калибра 9 и 12,7 мм со стальным термоупрочненным сердечником. Мишенью служила композиционная броня, в которой фиксировали наличие механических повреждений и деформацию основания матричного блока. Величина упругой деформации основания матричного блока оценивалась по пластической деформации слоя метилакрилата толщиной 3 мм, наносимого на тыльную поверхность основания матричного блока. Скорость пули (≈800 м/с - паспортные данные); положения пластинчатой брони относительно траектории полета в процессе испытаний были постоянными - удаленность (50 м) и угол (45° и 90°).To assess the protective performance of composite armor, penetration tests were carried out according to the standard method from the corresponding ballistic barrel using standard cartridges for armor-piercing bullets of 9 and 12.7 mm caliber with a steel heat-strengthened core. The target was composite armor, which recorded the presence of mechanical damage and deformation of the base of the matrix unit. The elastic deformation of the base of the matrix block was estimated from the plastic deformation of a layer of methyl acrylate with a thickness of 3 mm applied to the back surface of the base of the matrix block. Bullet speed (≈800 m / s - passport data); the positions of the plate armor relative to the flight path during the tests were constant - remoteness (50 m) and angle (45 ° and 90 °).
Полученная таким способом композиционная броня, содержащая пластины из кремнезема толщиной 1,6-3,6 мм, сформированные прессованием при температуре 500°C, обеспечивает непробитие брони и характеризуется отсутствием травматического эффекта. При применении композиционной брони с использованием пластин на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящих из частиц размерами 30-35 мкм, сформированных прессованием при температуре 500°C, в течение 80 минут на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, при добавлении при прессовании клеевых материалов в количестве 1, 3, 5 вес.% от объема композитного материала, не происходит ударного травматического воздействия на защищаемый объект поражающих элементов оружия и элементов брони. При применении композиционной брони с использованием пластин на основе рентгеноаморфного кремнезема, состоящих из частиц размерами 30-35 мкм, сформированных прессованием при температуре 500°C, в течение 80 минут, при добавлении при прессовании клеевых материалов в количестве 6 и 8 вес.% от объема пластин, происходит ударное травматическое воздействие на защищаемый объект поражающих элементов оружия и элементов брони. Это объясняется тем, что пластины, состоящие из частиц рентгеноаморфного кремнезема, сформированных на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2, сформированных прессованием при температуре 500°C, при длительности процесса 80 минут, при добавлении при прессовании клеевых материалов в количестве 6 и 8 вес.% от объема пластин, не обладают сопротивлением к импульсным ударным воздействиям, так как при указанном количестве клеевых материалов утрачивается способность преобразовывать короткие по длительности и мощные импульсные ударные воздействия в малые по амплитуде колебания упорядоченно расположенных микросфер SiO2.The composite armor obtained in this way, containing 1.6-3.6 mm thick silica wafers, formed by pressing at a temperature of 500 ° C, provides no penetration of the armor and is characterized by the absence of a traumatic effect. When using composite armor using plates based on X-ray amorphous silica, consisting of particles of 30-35 μm in size, formed by pressing at a temperature of 500 ° C, for 80 minutes based on ordered SiO 2 microspheres, when adhesive materials are added in the amount of 1 , 3, 5 wt.% Of the volume of the composite material, there is no shock traumatic effect on the protected object of the striking elements of weapons and elements of armor. When using composite armor using plates based on X-ray amorphous silica, consisting of particles of 30-35 μm in size, formed by pressing at a temperature of 500 ° C, for 80 minutes, when adhesive materials are added in the amount of 6 and 8 wt.% Of the volume plates, there is a traumatic impact on the protected object of the striking elements of weapons and elements of armor. This is explained by the fact that wafers consisting of X-ray amorphous silica particles formed on the basis of ordered SiO 2 microspheres formed by pressing at a temperature of 500 ° C, with a process duration of 80 minutes, with the addition of adhesive materials in the amount of 6 and 8 wt.% from the volume of the plates, they do not have resistance to impulse impact, since with the specified amount of adhesive materials, the ability to transform short in duration and powerful impulse impact into exposure to small-amplitude vibrations of ordered microspheres of SiO 2 .
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011116276/12A RU2469255C1 (en) | 2011-04-26 | 2011-04-26 | Composite armor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011116276/12A RU2469255C1 (en) | 2011-04-26 | 2011-04-26 | Composite armor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2469255C1 true RU2469255C1 (en) | 2012-12-10 |
Family
ID=49255799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011116276/12A RU2469255C1 (en) | 2011-04-26 | 2011-04-26 | Composite armor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2469255C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5686689A (en) * | 1985-05-17 | 1997-11-11 | Aeronautical Research Associates Of Princeton, Inc. | Lightweight composite armor |
| US5996115A (en) * | 1992-08-24 | 1999-12-07 | Ara, Inc. | Flexible body armor |
| GB2444389A (en) * | 2006-11-29 | 2008-06-04 | Schott Ag | Armor material matrix and associated method of production |
| US20090114083A1 (en) * | 2006-01-23 | 2009-05-07 | Moore Iii Dan T | Encapsulated ceramic composite armor |
| US7875565B1 (en) * | 2006-05-31 | 2011-01-25 | Corning Incorporated | Transparent glass-ceramic armor |
-
2011
- 2011-04-26 RU RU2011116276/12A patent/RU2469255C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5686689A (en) * | 1985-05-17 | 1997-11-11 | Aeronautical Research Associates Of Princeton, Inc. | Lightweight composite armor |
| US5996115A (en) * | 1992-08-24 | 1999-12-07 | Ara, Inc. | Flexible body armor |
| US20090114083A1 (en) * | 2006-01-23 | 2009-05-07 | Moore Iii Dan T | Encapsulated ceramic composite armor |
| US7875565B1 (en) * | 2006-05-31 | 2011-01-25 | Corning Incorporated | Transparent glass-ceramic armor |
| GB2444389A (en) * | 2006-11-29 | 2008-06-04 | Schott Ag | Armor material matrix and associated method of production |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7866248B2 (en) | Encapsulated ceramic composite armor | |
| US8590437B2 (en) | Blast effect mitigating assembly using aerogels | |
| CN104792224B (en) | A kind of blast protection ripple composite armour structure | |
| US20120024138A1 (en) | Armor panels having strip-shaped protection elements | |
| US9146080B2 (en) | Blast/impact mitigation shield | |
| KR20090127285A (en) | Armor system and method for defeating high energy projectiles that include metal jets | |
| CN105783598B (en) | Explosion-proof composite armor structure with elastic plate | |
| CA2157458A1 (en) | Structure useful to improve the antiballistic capacity of packets and the resistance to impact in installations and vehicles in general | |
| US8464626B2 (en) | Multi-layer metal matrix composite armor with edge protection | |
| RU2469255C1 (en) | Composite armor | |
| US10281242B2 (en) | Material and process for coupling impulses and shockwaves into solids | |
| US20120247312A1 (en) | Structural panel insert with honeycomb core | |
| JINNAPAT et al. | Ballistic performance of composite armor impacted by 7.62 mm armor projectile | |
| US20140305295A1 (en) | Composite passive armor protection | |
| RU167880U1 (en) | COMPOSITE ARMOR PANEL | |
| RU2393416C1 (en) | Multi-layer armoured barrier | |
| RU2491494C1 (en) | Bullet-proof armor plate | |
| WO2008097375A2 (en) | Encapsulated ceramic composite armor | |
| CN114812276A (en) | High-restraint bionic structure armor resistant to multiple projectiles and preparation method thereof | |
| CN112414219A (en) | Bulletproof sheet based on non-Newtonian fluid and preparation method thereof | |
| RU2464524C1 (en) | Armour-piercing bullet | |
| RU164274U1 (en) | ARMOR PROTECTIVE ELEMENT | |
| RU167891U1 (en) | COMPOSITE CERAMIC BRONEPANEL | |
| US10527391B1 (en) | Preparation of impedance gradients for coupling impulses and shockwaves into solids | |
| CN213021246U (en) | Environment-friendly bullet storage and resistance device |