坦克装甲中的陶瓷：防止 HEAT 弹丸
众所周知，直到 1950 年代末，提高安全性的问题 坦克 以一种相当简单的方式解决了 - 通过增加装甲钢阵列的厚度。 然而，XNUMX世纪下半叶的特点是反坦克武器的威力爆发式增长：带有可拆卸托盘的新型小口径炮弹开始使用，累积弹药的发展普遍实现了跨越式发展。 这迫使科学家们寻找其他方法来增加战车对破坏性因素的抵抗力。
这个主题的发展最终导致了组合装甲的想法，它结合了各种金属和非金属元素，以提供可接受的保护水平，同时将坦克的质量保持在合理的范围内。 其中一个元素是陶瓷，这是世界上第一次在苏联大规模生产的 T-64 坦克。 后来，德国、美国和法国等其他国家对其财产产生了兴趣。 有信息表明，陶瓷嵌件以一种或另一种方式用于建造艾布拉姆斯、Leopard-2 坦克等。
铠装陶瓷的结构设计
陶瓷材料作为装甲的研究始于 1950 年代。 军事装备设计师对这种装甲的兴趣是可以理解的。 陶瓷的硬度是钢的两倍多，密度要低得多，这使得它可以用作机器保护的轻型防弹元件。
陶瓷材料的物理力学特性。 资料来源：《最终弹道学的部分问题》一书。 MSTU im 出版社。 鲍曼
迄今为止，铠装陶瓷基料的选择范围相当广泛，通常受到财政和工业的限制，但在特定情况下，值得停留在两个选择上：氧化铝和碳化硅。 第一个在苏联被广泛用于生产同样的刚玉球，第二个在西方获得了声誉，主要是由于英国的乔巴姆盔甲。
撇开化学、物理和机械性能的一些差异不谈，将这些材料转化为保护部件的最终生产周期是相似的：氧化物/碳化物粉末与各种添加剂一起在高温下烧结成整体状态. 在输出端，根据“烤模”，得到各种形状和厚度的球或块。
经过热处理的陶瓷，虽然已经获得了铠甲的地位，但实际上还不是这样。 尽管强度有所提高，但它基本上仍然是硬化的沙子，在脱壳过程中不能承受冲击载荷并且容易发生脆性断裂。 为了削弱这些因素的影响，它通过将由延展性材料制成的特殊基材放入细胞中来加强。 在坦克装甲中，它通常由中等或高硬度的钢制成，尽管在 T-64 塔的“颧骨”中，刚玉球只是用钢水浇注。
晚期 T-64A 系列以及 T-64B 及其改进型炮塔颧骨中的刚玉球。 资料来源：warspot.ru
陶瓷块与基板之间的相互作用原理非常简单，不仅适用于坦克装甲，还适用于轻型车辆甚至防弹背心的模块。 在与高硬度陶瓷表面接触的那一刻，攻击体（弹丸）受到严重的初始损伤，同时冲击波开始在其中传播，导致其破碎成各种大小的碎片：从粉末到大块。 如果块没有基板形式的阻尼器，那么这就是一切结束的地方：射弹将它粉碎成碎片并继续移动。
在有基底的情况下，情况就不同了：破碎的陶瓷从小体积的电池中无处可去，因此它继续对弹丸施加高压，从而损坏弹丸。 为了获得最佳效果，陶瓷基板一个接一个地排列成几行 - 在这种情况下，可以实现显着增加的保护。
可选择在坦克装甲中安装陶瓷。 这些块排列在方形单元格中。 基板的作用由背板完成。 资料来源：坦克防御书。 鲍曼莫斯科国立技术大学出版社
不幸的是，陶瓷不能非常有效地对抗由基于铀或钨的重合金制成的具有高伸长率芯的穿甲翅片次口径射弹。 但它对累积射流的作用确实是独一无二的。
抗 HEAT 弹丸的陶瓷装甲
由于缺乏高速X射线成像和电动研究方法，长期以来人们认为装甲陶瓷仅因其硬度和高抗压强度而能够抵抗累积式坦克歼击车。 总的来说，这与 70 年前流行的理论一致，即材料越硬，装甲越好，但实际上一切都有些不同。 为了更好地理解这个过程，您需要深入了解累积效应的基本概念。
无一例外，所有反坦克累积弹药都配备了炸药，在其弓形中形成了不同开口角度的锥形凹槽。 它有一个衬里——通常是铜，但也可以使用其他材料。 在装药爆炸的那一刻，大部分爆炸能量使衬里坍塌，并使其塑性变形，形成一个长度不断增加的金属累积射流。 其头部元素的速度为 7-10 km / s，因此与其接触的钢盔甲根据流体动力学规律表现，失去了所有强度特性。 因此具有很高的穿透能力，一些累积的导弹可以达到一米半的钢质。
但累积射流也没有自己的实力。 穿透装甲，它逐渐失去了自己的长度（解决了），字面上涂抹在洞的边缘。 强度不足也会影响喷射流的横向稳定性：它可以从任何穿过其轴线的物体，甚至是最小的物体中爆发。 爆炸和非爆炸动态保护系统的动作就是基于这个漏洞。
对于动力作用的穿甲弹，装甲屏障的硬度起着重要作用，但对于 HEAT 弹，它实际上并不重要。 以实验室对陶瓷和铝块进行脱壳形式的比较测试表明，累积射流的效果——它们在穿透过程中失去长度——几乎相同，尽管陶瓷比这种金属硬得多。 然而，在炮击障碍物的出口处，喷气机的状态有所不同。 如果说在突破钢/铝装甲之后，出来的时候还比较完整，那么在插入陶瓷之后，就被撕成了一大片几乎是零穿透的碎片。
克服金属屏障后累积射流的 X 射线图。 资料来源：《最终弹道学的部分问题》一书。 鲍曼莫斯科国立技术大学出版社
用碳化硅克服障碍物后累积射流的 X 射线图。 资料来源：《最终弹道学的部分问题》一书。 鲍曼莫斯科国立技术大学出版社
如前所述，陶瓷是一种相当脆的材料，但它有一个特点，就是能够短暂地积累弹性压缩能量。 在实践中，它看起来像这样。
累积射流坍塌，陶瓷层被破坏。 SW是冲击波，VR是稀疏波。 资料来源：《最终弹道学的部分问题》一书。 鲍曼莫斯科国立技术大学出版社
在累积射流穿透的那一刻，冲击波在增强陶瓷块中在其前方传播，将陶瓷破碎成大小碎片，导致它们收缩。 与此同时，冲击波前方的压力开始减弱，之前压缩的碎片填满了孔的通道，像断头台一样切割射流。
因此，累积射流失去了头部 - 最高速度和穿透力的 - 部分，这对其在装甲层中的进一步发展产生了负面影响。 事实上，在这种情况下，陶瓷作为一种活性成分，利用自身的能量中和累积的弹药。 以同样的方式，但效率降低，一种廉价的替代方案起作用 - 在早期 T-72 坦克的炮塔中用硅酸盐材料粘合的沙子制成的插入物，其中一些在 T-72M1 指数下仍在使用国家。
实际上，陶瓷可以对抗累积射弹吗？ 你可以看看T-64。 这些坦克的第一个系列是用炮塔生产的，在“颧骨”中安装了铝制插件。 钢+铝+钢装甲的总厚度约为600毫米，这种保护相当于约450毫米的累积射弹。 在带有刚玉球的塔出现后，装甲的总厚度减少到 450 毫米，而“积云”的当量仍然等于 450 毫米。 总的来说，通过正确安装陶瓷填料，可以实现比钢块的双重优势。 非常简单：100 毫米厚的陶瓷层会像 200 毫米厚的钢板一样提供保护。 重量和尺寸节省方面的好处很容易计算。
美中不足的问题也存在。 高品质的陶瓷是一种相当昂贵的享受，这肯定会影响坦克的最终成本。 另一个缺点：它在以大角度安装时不起作用，因为与累积射流（也是弹丸）接触的冲击波会立即导致整个块体厚度的过早破坏。 这个问题可以通过“阶梯式”减小块的排列来解决，但这需要额外的资金。 此外，一个不明显但重要的问题可能是陶瓷容易受到串联累积射弹的影响 - 如果领先的装药突破装甲的前层并击中它，那么它将不再对主要装药构成任何威胁因为它会被摧毁。
总结起来，我们可以说如下。 陶瓷工作，没有理由否认它。 还有一点是，它作为坦克装甲的主要部件，已经不再使用了。 在过去的 30 到 40 年中，趋势发生了很大变化。 针对 HEAT 弹丸使用了更有效的非爆炸性动态保护。 我们通常称其为半主动装甲，内置于车体和炮塔的前额。 尽管如此，装甲陶瓷也不应该被打折。 作为额外的保护元素，包括安装在装甲上的模块，它是非常相关的。
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