Uporaba keramičnih plošč sega v leto 1918, po koncu prve svetovne vojne, ko je polkovnik Newell Monroe Hopkins odkril, da bi premazovanje jeklenega oklepa s keramično glazuro močno povečalo njegovo zaščito.
Čeprav so bile lastnosti keramičnih materialov odkrite že zgodaj, so jih kmalu začeli uporabljati v vojaške namene.
Prve države, ki so široko uporabljale keramični oklep, je bila nekdanja Sovjetska zveza, ameriška vojska pa ga je obsežno uporabljala med vietnamsko vojno, vendar se je keramični oklep pojavil kot osebna zaščitna oprema šele v zadnjih letih zaradi zgodnjih stroškov in tehničnih težav.
Dejansko je bila keramika iz aluminijevega oksida uporabljena v neprebojnih jopičih v Združenem kraljestvu leta 1980, ameriška vojska pa je v devetdesetih letih množično proizvedla prvo resnično "plug-in board" SAPI, ki je bila takrat revolucionarna zaščitna oprema.Njegov zaščitni standard NIJIII bi lahko prestregel večino krogel, ki bi lahko ogrozile pehoto, a ameriška vojska s tem še vedno ni bila zadovoljna.Rodil se je ESAPI.
ESAPI
V tistem času ESAPI-jeva zaščita ni bila prevelika, raven zaščite NIJIV pa je izstopala in rešila življenja neštetim vojakom.Kako to uspe, verjetno ni veliko pozornosti.
Da bi razumeli, kako deluje ESAPI, moramo najprej razumeti njegovo strukturo.Večina sestavljenih keramičnih oklepov je strukturna keramična tarča + zadnja tarča iz kovine/nekovine, to strukturo pa uporablja tudi ameriški vojaški ESAPI.
Namesto uporabe keramike iz silicijevega karbida, ki deluje in je "ekonomična", je ameriška vojska za ESAPI uporabila dražjo keramiko iz borovega karbida.Na hrbtni plošči je ameriška vojska uporabljala UHMW-PE, ki je bil takrat tudi izjemno drag.Cena zgodnjega UHMW-PE je celo presegla ceno borovega karbida.
Opomba: zaradi različne serije in postopka lahko kevlar uporablja tudi ameriška vojska kot podporno ploščo.
Vrste neprebojne keramike:
Neprebojna keramika, znana tudi kot strukturna keramika, ima visoko trdoto, visoke lastnosti modula, ki se običajno uporablja za odrgnitev kovin, kot so brusilne keramične kroglice, glava orodja za rezkanje keramike…….V kompozitnem oklepu ima keramika pogosto vlogo "uničenja bojne glave".V neprebojnih jopičih je veliko vrst keramike, najpogosteje uporabljene so keramika iz aluminijevega oksida (AI²O³), keramika iz silicijevega karbida (SiC), keramika iz borovega karbida (B4C).
Njihove ustrezne značilnosti so:
Keramika iz aluminijevega oksida ima največjo gostoto, vendar je trdota relativno nizka, prag obdelave je nižji, cena je cenejša.Industrija ima različno čistost, je razdeljena na -85/90/95/99 glinice keramike, njena oznaka je višja čistost, trdota in cena sta višji
Gostota silicijevega karbida je zmerna, enaka trdota je razmeroma zmerna, spada v strukturo stroškovno učinkovite keramike, zato bo večina domačih vložkov za neprebojne jopiče uporabljala keramiko iz silicijevega karbida.
Keramika iz borovega karbida v tovrstni keramiki ima najnižjo gostoto, največjo trdnost, njena tehnologija obdelave pa je tudi zelo visoke zahteve, visokotemperaturno in visokotlačno sintranje, zato je njena cena tudi najdražja keramika.
Kot primer vzamemo ploščo razreda ⅲ NIJ, čeprav je teža keramične vložne plošče iz aluminijevega oksida 200 g ~ 300 g več kot keramična vložna plošča iz silicijevega karbida in 400 g ~ 500 g več kot keramična vložna plošča iz borovega karbida.Toda cena je 1/2 keramične vložne plošče iz silicijevega karbida in 1/6 keramične vložne plošče iz borovega karbida, zato ima keramična ploščica iz aluminijevega oksida najvišjo stroškovno učinkovitost in spada med vodilne izdelke na trgu.
V primerjavi s kovinsko neprebojno ploščo ima kompozitna/keramična neprebojna plošča nepremostljivo prednost!
Najprej kovinski oklep zadene s projektilom homogen kovinski oklep.V bližini mejne hitrosti prodiranja so način okvare ciljne plošče predvsem stiskalni kraterji in strižni polži, poraba kinetične energije pa je v glavnem odvisna od strižnega dela, ki ga povzročajo plastična deformacija in polži.
Učinkovitost porabe energije pri keramičnem kompozitnem oklepu je očitno višja kot pri homogenem kovinskem oklepu.
Reakcija keramične tarče je razdeljena na pet procesov
1: streha krogle je razbita na majhne koščke, drobljenje bojne glave pa poveča ciljno območje delovanja, tako da razprši obremenitev na keramični plošči.
2: na površini keramike se v udarnem območju pojavijo razpoke, ki segajo navzven od udarnega območja.
3: Polje sile z udarno cono stiskanje valovne fronte v notranjost keramike, tako da se keramika zlomi, prah, ki nastane iz udarnega območja okoli izstrelka, leti ven.
4: razpoke na hrbtni strani keramike, poleg nekaterih radialnih razpok, razpok, razporejenih v stožec, bo prišlo do poškodb na stožcu.
5: keramika v stožcu je razbita na drobce pod zapletenimi napetostnimi pogoji, ko izstrelek udari na keramično površino, se večina kinetične energije porabi za uničenje okroglega dna stožca, njen premer je odvisen od mehanskih lastnosti in geometrijskih dimenzij izstrelnega in keramičnega materiala.
Zgoraj so samo odzivne lastnosti keramičnega oklepa pri nizko/srednji hitrosti izstrelkov.Namreč odzivne značilnosti hitrosti izstrelka ≤V50.Ko je hitrost izstrelka višja od V50, se izstrelek in keramika erodirata drug drugega, kar ustvari območje zdrobljenega meska, kjer sta oklep in telo izstrelka videti kot tekočina.
Učinek, ki ga prejme hrbtna plošča, je zelo zapleten, proces pa je tridimenzionalne narave, z interakcijami med posameznimi plastmi in med temi sosednjimi plastmi vlaken.
Preprosto povedano, napetostni val od tkaninskega vala do smolne matrike in nato do sosednje plasti, reakcija deformacijskega vala na presečišče vlaken, ki ima za posledico disperzijo udarne energije, širjenje valov v smolni matriks, ločitev plast tkanine in migracija sloja tkanine povečata sposobnost kompozita, da absorbira kinetično energijo.Selitev, ki jo povzroči potovanje in širjenje razpok ter ločitev posameznih plasti tkanine, lahko absorbira veliko količino udarne energije.
Za poskus simulacije odpornosti na penetracijo kompozitnega keramičnega oklepa je simulacijski poskus na splošno sprejet v laboratoriju, to pomeni, da se plinska pištola uporablja za izvedbo poskusa penetracije.
Zakaj je imel Linry Armor v zadnjih letih cenovno prednost kot proizvajalec neprebojnih vložkov?Obstajata dva glavna dejavnika:
(1) Zaradi inženirskih potreb je veliko povpraševanje po strukturni keramiki, zato je cena konstrukcijske keramike zelo nizka [delitev stroškov].
(2) Kot proizvajalec se surovine in končni izdelki predelujejo v lastnih tovarnah, tako da lahko zagotovimo najbolj kakovostne izdelke in najbolj prijazne cene za neprebojne trgovine in posameznike.
Čas objave: 18. november 2021