От Владимир Несамарский
К All
Дата 20.03.2003 06:15:27
Рубрики Прочее; Танки; Стрелковое оружие;

Новый материал для брони

Приветствую


Интересная информация. Направление в принципе магистральное в современном материаловедении, но сварить такую карбо-нитро-металлокерамику ОЧЕНЬ нелегко, масса кухонных секретов.

ИнформНаука www.informnauka.ru
20 марта 2003

Удивительную керамику придумали в Институте физики твердого тела РАН из подмосковного города Черноголовка. Она настолько вязкая, что из этой керамики получаются отличные пластинки для бронежилетов. В основе керамики самые обычные компоненты - порошки нитрида и карбида бора. Сделать из них пуленепробиваемую керамику физикам удалось с помощью температуры, давления и специальных добавок. "Считается, что чем материал чище, тем он лучше. А в нашей керамике примеси, которые всегда есть в коммерческом карбиде и нитриде, не только не вредят, но, наоборот, помогают держать удар", - объясняет один из авторов разработки Станислав Кондаков.
В процессе производства в смесь исходных порошков добавляют порошок металла и нагревают под давлением до температуры, при которой поверхность зерен порошка расплавляется, и они спекаются. После охлаждения зерна карбида и нитрида бора оказываются как будто плотно впаянными в возникшую матрицу.

В ней-то и "вязнут" микротрещинки, которые появляются при ударе. Дело в том, что в обычной керамике они проходят по границе между зернами и объединяются в так называемую магистральную трещину. Из-за нее изделие от удара разрушается. В новой керамике трещины тормозит находящийся между зернами тончайший слой, вязкость которого значительно больше, чем у самих твердых зерен керамики. Множество маленьких трещин не приводит к образованию большой, и плитка остается целой, проявляя нетипичную для керамики прочность.

Важнейшее применение такой "вязкой" керамики, по мнению авторов, - это бронежилеты. Ведь они должны быть не только пуленепробиваемыми, но и легкими. К сожалению, такие есть разве что у литературных героев. А реальный бронежилет весит 18 кг. Если же сделать его из керамики, придуманной физиками из Черноголовки, то вес уменьшится до 5,5 кг.

Впрочем, новая керамика выдерживает удар и посильнее. В качестве испытания пластинки толщиной меньше 1 мм приклеили специальным составом на поверхность бронетранспортера и выстрелили в упор бронебойной пулей калибра 12,7 мм. Пластинка, правда, разбилась, зато пуля, по словам Кондакова, просто рассыпалась в пыль, а металл под пластиной лишь немного погнулся. Обычный бронетранспортер, не защищенный керамикой, вышел бы из подобной переделки со здоровенной дыркой в боку.


С уважением Владимир http://bunburyodo.narod.ru
От Николай Поникаров
К Владимир Несамарский (20.03.2003 06:15:27)
Дата 20.03.2003 10:22:39

Re: Новый материал...

День добрый.

Уважаемый Владимир, это заметка "для домохозяек" (с) Ваш.
Материалы такого типа давно известны и применяются в т.ч. для бронежилетов. Не сомневаюсь, что получен новый результат (за это говорит репутация фирмы :) ). Но в чем суть - из заметки неясно :(

> В основе керамики самые обычные компоненты - порошки нитрида и карбида бора. Сделать из них пуленепробиваемую керамику физикам удалось с помощью температуры, давления и специальных добавок.

Это не новость.

> "Считается, что чем материал чище, тем он лучше. А в нашей керамике примеси, которые всегда есть в коммерческом карбиде и нитриде, не только не вредят, но, наоборот, помогают держать удар",

Это IMHO испорченный телефон. То, что трещиностойким будет только композит - аксиома. Никем не считается, что чем материал чище, тем он лучше.

> После охлаждения зерна карбида и нитрида бора оказываются как будто плотно впаянными в возникшую матрицу.
> В ней-то и "вязнут" микротрещинки, которые появляются при ударе. Дело в том, что в обычной керамике они проходят по границе между зернами и объединяются в так называемую магистральную трещину. Из-за нее изделие от удара разрушается. В новой керамике трещины тормозит находящийся между зернами тончайший слой, вязкость которого значительно больше, чем у самих твердых зерен керамики. Множество маленьких трещин не приводит к образованию большой, и плитка остается целой, проявляя нетипичную для керамики прочность.

Тут весь дьявол в деталях.
1) Непонятно, какой эффект работает прежде всего (искривление и "фрактализация" трещины, связь берегов трещины и т.д.). Это зависит от свойств зерен и матрицы, их размеров, взаимодействия между ними и т.д.
2) Непонятно, как удалось обойти многочисленные проблемы (концентрацию напряжений в матрице, остаточные напряжения и и т.д.).

> Впрочем, новая керамика выдерживает удар и посильнее. В качестве испытания пластинки толщиной меньше 1 мм приклеили специальным составом на поверхность бронетранспортера и выстрелили в упор бронебойной пулей калибра 12,7 мм. Пластинка, правда, разбилась, зато пуля, по словам Кондакова, просто рассыпалась в пыль, а металл под пластиной лишь немного погнулся.

Не верю. Если пластинка разбилась - пиши пропало. И защишать керамикой толщиной менее 1 мм - маразм. IMHO, опять испорченный телефон.

С уважением, Николай.
От Владимир Несамарский
К Николай Поникаров (20.03.2003 10:22:39)
Дата 20.03.2003 11:50:43

Этот телефон если испорчен, то несильно :-))

Приветствую

>Уважаемый Владимир, это заметка "для домохозяек" (с) Ваш.

Несомненно. Информнаука этим и занимается, пытается донести информацию до домохозяек aka акулы бизнеса :-)) А телефон этот если испорчен, то несильно, я этих ребят из Информнауки знаю, они люди квалифицированные и до дутых сенсаций неохочие.

>Это не новость.

Что не новость? Композитные материалы этого рода? Ну, направление развивается с начала 1950-х в принципе. Каждый конкретный материал - новость.

>> "Считается, что чем материал чище, тем он лучше. А в нашей керамике примеси, которые всегда есть в коммерческом карбиде и нитриде, не только не вредят, но, наоборот, помогают держать удар",
>
>Это IMHO испорченный телефон. То, что трещиностойким будет только композит - аксиома. Никем не считается, что чем материал чище, тем он лучше.

Есть, есть такая школа материаловедов на самом деле. А речь тут идет не о том, что трещингостойким будет только композит, а о роли химисеских примесей в карбидах.

>1) Непонятно, какой эффект работает прежде всего (искривление и "фрактализация" трещины, связь берегов трещины и т.д.). Это зависит от свойств зерен и матрицы, их размеров, взаимодействия между ними и т.д.
>2) Непонятно, как удалось обойти многочисленные проблемы (концентрацию напряжений в матрице, остаточные напряжения и и т.д.).

Конечно, непонятно. Данная заметка - декларация о намерениях.

>Не верю. Если пластинка разбилась - пиши пропало. И защишать керамикой толщиной менее 1 мм - маразм. IMHO, опять испорченный телефон.

Почему "пиши пропало"-то? Мавр сделал свое дело, мавр может рассыпаться (с) Шекспир и Я.

С уважением Владимир http://bunburyodo.narod.ru
От Николай Поникаров
К Владимир Несамарский (20.03.2003 11:50:43)
Дата 20.03.2003 13:02:34

Re: Этот телефон...

День добрый.

>Несомненно. Информнаука этим и занимается, пытается донести информацию до домохозяек aka акулы бизнеса :-))

Хорошо сказано :)

>Есть, есть такая школа материаловедов на самом деле. А речь тут идет не о том, что трещингостойким будет только композит, а о роли химисеских примесей в карбидах.

Дык роль примесей в формировании композита изучается давно. Что получен новый результат - хорошо, а в чем его суть - неясно.

>>Не верю. Если пластинка разбилась - пиши пропало.

>Почему "пиши пропало"-то? Мавр сделал свое дело, мавр может рассыпаться (с) Шекспир и Я.

1) Много ли энергии съест хрупкое разрушение миллиметровой пластинки?
2) Пуля просто не успеет продеформироваться (пластически).

Кстати, из описания опыта следует, что люди походя изобрели супер-пупер клей для скрепления керамики с металлом.

С уважением, Николай.
От Владимир Несамарский
К Николай Поникаров (20.03.2003 13:02:34)
Дата 20.03.2003 16:08:43

Re: Этот телефон...

Приветствую

>>>Не верю. Если пластинка разбилась - пиши пропало.
>
>>Почему "пиши пропало"-то? Мавр сделал свое дело, мавр может рассыпаться (с) Шекспир и Я.
>
>1) Много ли энергии съест хрупкое разрушение миллиметровой пластинки?
>2) Пуля просто не успеет продеформироваться (пластически).

Нам сообщили об окончательном результате, - пластинка-де рассыпалась в пыль. Вы напрасно предполагаете apriori, что она попросту разбилась (хрупкое разрушение), это все-таки трехкомпонентный композит, так что произойти могло много чего, в том числе растянутого во времени и энергоемкого. Вот такая гипотеза в полушуточном порядке: удар пули вызывает шоковую волну, которая сдвигает зерна керамики в металлической матрице, причем сдвигает с вращением, так что создаются напряжения сдвига, зерна прокручиваются в вязком металле до достижения предела усталости металла, поглощается жуткое количество энергии аж в МДж, через 0,1 с все останавливается, пуля остановилась, а пластинка представляет собой конгломерат несвязанных зерен в обрывках металла :-)) О как!

>Кстати, из описания опыта следует, что люди походя изобрели супер-пупер клей для скрепления керамики с металлом.

Это-то они поняли. Но больше надежд возлагают на применение в качестве брони.

С уважением Владимир http://bunburyodo.narod.ru
От Николай Поникаров
К Владимир Несамарский (20.03.2003 16:08:43)
Дата 20.03.2003 17:19:15

Трещина - зверь коварный :)

День добрый.

>Нам сообщили об окончательном результате, - пластинка-де рассыпалась в пыль.

Нет, пластинка разбилась (т.е. разрушилась хрупко, трещинами).

> Вот такая гипотеза в полушуточном порядке: удар пули вызывает шоковую волну, которая сдвигает зерна керамики в металлической матрице, причем сдвигает с вращением, так что создаются напряжения сдвига, зерна прокручиваются в вязком металле до достижения предела усталости металла, поглощается жуткое количество энергии аж в МДж, через 0,1 с все останавливается, пуля остановилась, а пластинка представляет собой конгломерат несвязанных зерен в обрывках металла :-)) О как!

Красиво, но так не бывает, поверьте на слово :)

То, что на сдвиг и поворот зерен тратится энергия - это верно. Только вот происходит это лишь у поверхнести трещин. Так что "конгломерат несвязанных зерен в обрывках металла" - это мечта. Реально - мелкие кусочки вполне нормальной керамики.

И не "предел усталости", а "предел текучести" - не циклическая же нагрузка.

Закончится все за ~1 мкс (трещины растут примерно с рэлеевской скоростью, ~1 км/с).

>>Кстати, из описания опыта следует, что люди походя изобрели супер-пупер клей для скрепления керамики с металлом.
>
>Это-то они поняли. Но больше надежд возлагают на применение в качестве брони.

Если найден новый способ наносить на металл сверхтвердое покрытие с хорошей трещиностойкостью, то применений может быть масса.

С уважением, Николай.
От Eugene
К Владимир Несамарский (20.03.2003 06:15:27)
Дата 20.03.2003 06:50:40

Это для красного словца?

>В качестве испытания пластинки толщиной меньше 1 мм приклеили специальным составом на поверхность бронетранспортера и выстрелили в упор бронебойной пулей калибра 12,7 мм.
******************************
Нелзя было просто взять образец и расстрелять на полигоне? Обязательно на "живом" бронеходе испытывать? Бронежилеты, я понимаю, они тоже будут на добровольцах отстреливать? :)))

С уважением, Евгений.
От Владимир Несамарский
К Eugene (20.03.2003 06:50:40)
Дата 20.03.2003 06:58:02

Re: Это для...

Приветствую

>Нелзя было просто взять образец и расстрелять на полигоне? Обязательно на "живом" бронеходе испытывать? Бронежилеты, я понимаю, они тоже будут на добровольцах отстреливать? :)))

Во-первых, похоже на глухой телефон - скорее всего был фрагмент брони, а не "живой" БТР, а потом журналисты переврали слегка:-)) Но может и настоящий - это же разработка академического института, а не оборонного НИИ, как смогли устроить испытания, так и сделали. Теперь им надо выйти на нормальные испытания в МО, МВД, ННИ Стали, чего у них никогда не было.

С уважением Владимир http://bunburyodo.narod.ru
От Eugene
К Владимир Несамарский (20.03.2003 06:58:02)
Дата 20.03.2003 07:14:52

А как там насчёт равновесия "достижение"-"уступка"?

>Теперь им надо выйти на нормальные испытания в МО, МВД, ННИ Стали, чего у них никогда не было.
**********************************
Или как там в "Золотом Правиле" механики? Выигрываем в усилии(?) проигрываем в расстоянии? По голове не бейте - забыл точные формулировки. Я имею в виду: окупится ли развёртывание промышленного производства такого материала?

С уважением, Евгений.
От Владимир Несамарский
К Eugene (20.03.2003 07:14:52)
Дата 20.03.2003 11:21:52

Ну, это как фишка ляжет (с)

Приветствую

В смысле надо смотреть внимательнее на предмет составляющих себестоимости. Предельные издержки, вероятно, будут небольшие, а вот капитальные вложения могут оказаться более чем существенными.

>Или как там в "Золотом Правиле" механики? Выигрываем в усилии(?) проигрываем в расстоянии? По голове не бейте - забыл точные формулировки. Я имею в виду: окупится ли развёртывание промышленного производства такого материала?

С уважением Владимир http://bunburyodo.narod.ru
От xb
К Владимир Несамарский (20.03.2003 06:58:02)
Дата 20.03.2003 07:07:50

Что здесь такого супернового, особенно для вас

Я не поверю что вы никогда не слышали о карбиде бора в алюминиевой матрице, например :-)
От Владимир Несамарский
К xb (20.03.2003 07:07:50)
Дата 20.03.2003 07:16:54

Между "что-ото слышал" и "сделал" - огромная дистанция

Приветствую

>Я не поверю что вы никогда не слышали о карбиде бора в алюминиевой матрице, например :-)

Я много о чем слышал. И даже видел. И даже сам делал. У Вас, видимо, не хватает подготовки, поэтому вполне внятный текст аннотации от Информнауки остался Вам неясен. Это не страшно. Просто поверьте на слово - материал вполне оригинальный получился. Что касается перспективности - покажут испытания по количественному измерению свойств.

С уважением Владимир http://bunburyodo.narod.ru
От xb
К Владимир Несамарский (20.03.2003 07:16:54)
Дата 20.03.2003 07:31:52

Re: Между "что-ото...

>Приветствую

>>Я не поверю что вы никогда не слышали о карбиде бора в алюминиевой матрице, например :-)
>
>Я много о чем слышал. И даже видел. И даже сам делал. У Вас, видимо, не хватает подготовки, поэтому вполне внятный текст аннотации от Информнауки остался Вам неясен. Это не страшно. Просто поверьте на слово - материал вполне оригинальный получился. Что касается перспективности - покажут испытания по количественному измерению свойств.

Я ва потому и спросил.

"Удивительную керамику придумали в Институте физики твердого тела РАН из подмосковного города Черноголовка.

Обычный бронетранспортер, не защищенный керамикой, вышел бы из подобной переделки со здоровенной дыркой в боку."

Извените но это не звучт как текст научной аннотации.
Мой опыт не сравнить с вашим, но для меня это зыучит как детская книжка или рекламный проспект


>С уважением Владимир http://bunburyodo.narod.ru
От Bigfoot
К xb (20.03.2003 07:31:52)
Дата 20.03.2003 11:52:01

Скорее всего...(+)

>...зыучит как детская книжка или рекламный проспект
...так оно и есть. Ибо неоднократно уже супер-пуперные материалы пиарили, а в результате - дырка от бублика. Или у материала есть проблемы, о которых умалчивали, например, чрезвычайно высокая стоимость производства, либо качества завышались. Да и вообще, в современном материаловедении каждая вторая разработка может быть охарактеризована с применением подобных эпитетов (при желании). Впрочем, буду рад ошибиться - реальные достижения российской науке ой как не завредят.

Всего наилучшего,
Йети