Способ изготовления структурированной керамической брони и броня, полученная таким способом



Способ изготовления структурированной керамической брони и броня, полученная таким способом
Способ изготовления структурированной керамической брони и броня, полученная таким способом
Способ изготовления структурированной керамической брони и броня, полученная таким способом
Способ изготовления структурированной керамической брони и броня, полученная таким способом
Способ изготовления структурированной керамической брони и броня, полученная таким способом
Способ изготовления структурированной керамической брони и броня, полученная таким способом
Способ изготовления структурированной керамической брони и броня, полученная таким способом
Способ изготовления структурированной керамической брони и броня, полученная таким способом

 


Владельцы патента RU 2461789:

Анохина Елена Юрьевна (RU)
Анохин Александр Шугруевич (RU)

Изобретения относятся к способу изготовления структурированной керамической брони и броне, полученной таким способом. Способ заключается в изготовлении брони, выполненной в виде структурированной керамической панели. Согласно способу в листовом элементе в заданных местах выполняют разрезы. Затем подвергают листовой элемент непрерывной деформации с получением пространственной конструкции и фиксируют в таком положении. Затем полученную пространственную конструкцию помещают в пресс-форму, которую заполняют керамической массой таким образом, чтобы она полностью закрывала пространственную конструкцию. После этого осуществляют керамизацию заготовки с получением брони с заданной топологией структурной неоднородности, обусловленной формой пространственной конструкции. Броня выполнена с образованием между разрезами отверстий, заполненных в процессе формирования панели керамической массой. Достигается повышение надежности керамической брони при многократных попаданиях в нее поражающих средств. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Группа изобретений относится к композитным керамическим броневым конструкциям, которые могут использоваться в качестве средств защиты как авиационной техники, так и других транспортных средств и защитных сооружений, а также в качестве индивидуальных защитных средств от высокоскоростных кинетических снарядов, и способу их изготовления.

Из уровня техники известно устройство дискретно-композитной броневой пластины для поглощения и рассеивания кинетической энергии высокоскоростных снарядов. Указанная пластина содержит одинарный внутренний слой керамических гранул, которые объединены и находятся в упругом эластичном материале таким образом, что в нескольких разнесенных друг от друга рядах и столбцах гранулы взаимосвязаны. При попадании снаряда в гранулу она контактирует с четырьмя соседними гранулами из соседних рядов и столбцов, которые ее удерживают, воспринимая на себя часть передаваемой энергии. Рассеяние происходит путем передачи взаимодействия от первой гранулы, в которую направлен удар снаряда, к периферийным гранулам из отдаленных рядов и столбцов (US 7117780, МПК F41H 5/02, опубликован 10.10.2006).

Недостатком такого устройства является большое, в сравнении с керамическим моноблоком, запреградное смещение дискретной композитной панели в силу невысокой эффективности процесса поглощения энергии снаряда. Это делает ее малоприменимой для средств индивидуальной бронезащиты. Дискретная композитная броня, в основном, применяется для защиты наземных транспортных средств.

В качестве ближайшего аналога выбрано известное устройство керамической брони, в котором баллистическая структура, обеспечивающая защиту от снаряда, состоит из цельной монолитной керамической пластины, имеющей выпуклую лицевую и вогнутую тыльную сторону, и первоначальной группы отверстий (щелей) шириной, меньше или приблизительно равной 1/10 толщины этой пластины, проходящих по всей глубине пластины и имеющих некоторую длину отверстия. Упомянутая группа отверстий образует первоначальный узор (паттерн), состоящий из системы двумерных многоугольников, впечатанных в выпуклую лицевую сторону пластины. Каждый многоугольник первоначального типа ограничен прямыми линиями и вершинами так, что конечные точки каждой прямой не пересекаются с конечными точками смежных прямых. Таким образом, стороны каждого многоугольника первого типа остаются открытыми при каждой вершине, а первоначальные смежные многоугольники пересекаются в одной или более чем в одной вершине, а первоначальный узор делит пластину на множество баллистических сегментов с целью не допустить распространения трещин от снаряда на соседние сегменты и обеспечить защиту против второго снаряда. Щели в указанном устройстве создают, например, гидроабразивной или лазерной фрезеровкой, тем самым формируя указанные многоугольные сегменты. Известная керамическая броня может служить вставкой в бронежилет, предназначенный для защиты от поражающих элементов (снарядов), в частности легкого стрелкового оружия (US 7617757, МПК F41H 5/08, опубликован 17.11.2009).

Недостатком ближайшего аналога является то, что для единичного сегмента, подвергшегося воздействию кинетического снаряда, поглощение энергии происходит аналогично единичной керамической плитке сравнимого размера в мозаичной бронеплите, т.е. без увеличения эффективности процесса поглощения, поскольку структура сегмента однородна.

Другим недостатком ближайшего аналога является сложность и высокая стоимость затрат на осуществление способа получения в цельной монолитной керамической пластине щелей, предназначенных для формирования вышеописанных многоугольных сегментов. Особенно это относится к изготовлению крупноформатных объемно-криволинейных монолитных керамических броневых устройств.

Техническим результатом для объекта «устройство» является повышение надежности в эксплуатации, иными словами «живучести», керамической брони при многократных попаданиях в нее поражающих средств благодаря обеспечению эффективности поглощения и рассеяния энергии кинетического снаряда при взаимодействии с броней, обусловленных ее внутренней структурой, обеспечивающей управляемое разрушение керамической матрицы в процессе взаимодействия с кинетическим снарядом.

Техническим результатом для объекта «способ» помимо вышеназванного (для объекта «устройство») является упрощение процесса формирования брони с одновременным сокращением затрат на внедрение этого изделия, включая производство этого изделия в виде крупноформатных объемно-криволинейных монолитных керамических броневых элементов.

Названный технический результат достигнут в объекте изобретения «способ» с помощью следующей совокупности признаков.

Способ изготовления брони, выполненной в виде структурированной керамической панели, заключается в том, что в листовом элементе в заданных местах выполняют разрезы и/или прорези, после чего его подвергают непрерывной (без разрушения структуры листового элемента) деформации с получением пространственной конструкции и фиксируют последнюю в деформированном положении. Затем полученную пространственную конструкцию помещают в пресс-форму, которую заполняют керамической массой таким образом, чтобы она полностью (со всех сторон) закрывала указанную пространственную конструкцию. После этого обычным путем осуществляют керамизацию заготовки с получением брони, имеющей заданную топологию структурной неоднородности, которая обусловлена формой вышеназванной пространственной конструкции.

В соответствии с вариантом осуществления способа до керамизации заготовку могут подвергать прессованию.

Также, в соответствии со следующим вариантом осуществления способа, спрессованную заготовку могут подвергать обжигу, при этом обжиг ведут в воздушной среде при температуре 1100÷2700°С.

На листовой элемент перед образованием разрезов могут наносить, в том числе напылением, реакционноспособные в отношении керамической массы вещества.

Согласно варианту осуществления предложенного способа керамическую массу выполняют на основе вяжущих цементов.

В качестве материала для листового элемента могут использовать водорастворимую бумагу.

Названный технический результат достигнут в объекте изобретения «устройство» с помощью следующей совокупности признаков.

Броня выполнена в виде структурированной керамической панели с заданной топологией структурной неоднородности, полученной путем предварительного заключения внутрь панели пространственной конструкции, выполненной из листового элемента с проделанными в нем разрезами и подвергнутого непрерывной деформации с образованием между этими разрезами отверстий, заполненных в процессе формирования панели керамической массой.

Листовой элемент может быть выполнен из бумаги или картона толщиной 50÷3000 мкм.

Кроме того, листовой элемент может быть выполнен из водорастворимой бумаги.

Также, в соответствии с другим вариантом выполнения брони, листовой элемент может быть выполнен из полимерной пленки толщиной 25÷500 мкм.

Кроме того, листовой элемент может быть выполнен из волокнисто-керамического ровинга или из тонко- или толстолистового керамического сырья.

Согласно варианту брони, в листовом элементе может быть выполнена перфорация.

Изобретение поясняется чертежом и фотографиями.

На фиг.1(а, б, в) показаны некоторые из вариантов форм разрезов и прорезей, образованных в листовом элементе; на фото 1(а, б, в) показана последовательность получения из листового элемента пространственной конструкции; на фото 2(а, б, в, г) показан вариант осуществления способа получения брони.

Листовой элемент 1 выполняют, например, из плоского волокнисто-керамического ровинга, тонко- или толстолистового керамического сырья, бумажного листа, ткани, пленки или комбинации указанных материалов. До выполнения разрезов на листовой элемент могут наносить, в том числе путем напыления, реакционноспособные в отношении керамической массы вещества.

В листовом элементе 1 выполняют разрезы и/или прорези 2 (фиг.1a; фото 1а). Листовой элемент 1 с разрезами и/или прорезями 2 подвергают непрерывной, т.е. без разрывов, пространственной деформации путем осуществления одной из нижеперечисленных операций: сдавливания, растягивания, скручивания, изгибания или совмещения некоторых из перечисленных операций. Деформация, как указывалось, ведется без разрывов элемента 1 по линиям разрезов и/или прорезей.

Показанный на фото 1 листовой элемент 1 подвергают деформации путем его растягивания в ширину с образованием пространственной конструкции 3 (фото 1б), которую фиксируют механическим путем или с помощью подходящего для этих целей вещества, например компаунда, клея и т.п. (фото 1в). После чего зафиксированную пространственную конструкцию 3 помещают в пресс-форму (фото 2а).

В пресс-форму подают сухой порошкообразный или мокрый субстрат 4, содержащий керамическую массу (в т.ч. вяжущие цемента), который заполняет пресс-форму вместе с указанной пространственной конструкцией 3 (фото 2б). Полученную заготовку 5 могут подвергать прессованию или иному механическому воздействию, например вибрации, которое компактизирует субстрат 4 с целью получения керамического компакта (фото 2в).

Керамический компакт 6, в зависимости от рецептуры субстрата и процесса керамизации, может быть подвергнут или не подвергнут обжигу. После завершения процесса керамизации получают керамическую броню с заданной топологией структурной неоднородности (фото 2г).

При деформации листового элемента 1, имеющего разрезы, образуется регулярная структура, которая после описанных выше процедур формирования компакта образует в керамическом компакте 6 топологическую структуру пространственно связанных неоднородностей. Указанные неоднородности в монолитном броневом элементе являются зоной управляемого разрушения в процессе диссипации энергии удара кинетическим снарядом. Это происходит вследствие того, что скорость распространения упругих колебаний в керамическом монолите дифференцирована по значению (выше или ниже) в матрице и в зоне неоднородности.

На границах участков монолита с разным акустическим импедансом происходит ударно-волновая интерференция упругих колебаний. Управление интерференцией производится за счет задания в керамической матрице топологии структурной неоднородности. При этом удается получить оптимальное значение размеров и форм регулярных структур неоднородностей в керамическом монолите.

На фиг.1 показаны некоторые варианты разрезов и/или прорезей, обеспечивающих последующую деформацию листового элемента 1, для получения керамической брони с заданной топологией структурной неоднородности. Например, на фиг.1а показана плоскостная фигура с параллельными разрезами и прорезями 2, подобная образцу, показанному на фото 1, а также с наличием дополнительных перфораций 7, предназначенных для получения крупных регулярных сегментов для деталей изделия среднего и большого формата, подобного представленному выше ближайшему аналогу.

Технический результат изобретения для брони обеспечивается благодаря управляемому разрушению единичных сегментов, для чего используются, в частности, плоскостные фигуры с прямолинейными прорезями 8 или прорезями в виде логарифмической спирали 9, подобные тем, что показаны на фиг.1б и фиг.1в соответственно, позволяющие получить в процессе взаимодействия брони с кинетическим снарядом динамическое возникновение субструктурных элементов керамической матрицы с поведением, подобным указанному ранее ближайшему аналогу. При этом в предложенной монолитной керамической броне с заданной топологией структурной неоднородности обеспечивается минимизация запреградного смещения.

Примеры реализации способа.

Пример 1.

В этом примере листовой элемент выполняли из бумаги или картона. Керамическую броню с заданной топологией структурной неоднородности против воздействия термоупрочненных и бронебойных ударников получали путем установки над нижним пуансоном пресс-формы размером 240×144 мм непрерывно деформированного листового элемента с разрезами, выполненного из бумаги или картона. Толщина листового элемента для ударников калибром 7,62 мм составляла около 150 мкм, а для ударников калибром 7,62 мм - около 3000 мкм. С помощью выбора бумажного или картонного листа различной толщины регулировали геометрические параметры области структурной неоднородности с учетом усадки керамического материала при спекании.

Пример 2.

В этом примере листовой элемент выполняли по керамической технологии тонко- или толстопленочного листа толщиной от 25 до 500 мкм. Аналогично примеру 1, в матрицу пресс-формы размером 240×144×12 мм устанавливали конструкцию в виде непрерывно деформированного листового элемента с разрезами толщиной около 150 мкм. На поверхность установленной в матрицу пресс-формы конструкции предварительно был нанесен реакционноспособный в отношении керамической массы порошок оксида магния (MgO).

Затем в снаряженную вышеописанным образом полость пресс-формы засыпали пластифицированный корундовый порошок материала АЛ-1 (97% оксида алюминия (Al2O3)) со средним размером зерна 2,5 мкм.

Под давлением от 0,6 т/см2 на верхний пуансон пресс-формы получали полуфабрикат, который в дальнейшем подвергали сушке при температуре 100°С.

Высушенный полуфабрикат обжигали в воздушной среде при температуре 1350°С до нулевой открытой пористости. В процессе обжига (спекания) временные структурные части листового элемента выгорали, обеспечивая заданные форму и размер сегментов керамического образца, а на их месте формировалась область структурной неоднородности из более прочного материала на основе Al2O3 - TiO2 - MgO, чем основная матрица, что повысило прочность композита на 10÷30% (со 190 МПа до 230 МПа).

Пример 3.

В этом примере листовой элемент выполняли из водорастворимой бумаги. Этот пример характеризует безобжиговую технологию получения брони толщиной 50 мм, предназначенной против воздействия тяжелого ударника калибром 30 мм. Такую броню получали путем установки над нижним пуансоном матрицы 200×120 мм непрерывно деформированного листового элемента с разрезами, изготовленного из водорастворимой бумаги.

Затем в снаряженную вышеописанным образом полость пресс-формы заливали водный шликер керамического материала, соответствующий ГОСТ 5802-86, полученный на основе вяжущих цементов. В качестве дополнительных наполнителей использовали корундовые цильпебсы диаметром 5 мм и высотой 7 мм.

1. Способ изготовления брони, выполненной в виде структурированной керамической панели, заключающийся в том, что в листовом элементе в заданных местах выполняют разрезы, после чего его подвергают непрерывной деформации с получением пространственной конструкции и фиксируют в таком положении, затем полученную пространственную конструкцию помещают в пресс-форму, которую заполняют керамической массой таким образом, чтобы она полностью закрывала пространственную конструкцию, после этого осуществляют керамизацию заготовки с получением брони с заданной топологией структурной неоднородности, обусловленной формой пространственной конструкции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что до керамизации заготовку подвергают прессованию.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что спрессованную заготовку подвергают обжигу.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что обжиг заготовки ведут в воздушной среде при температуре 1100°С-2700°С.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на листовой элемент перед образованием разрезов наносят, в том числе, напылением реакционно-способные в отношении керамической массы вещества.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что керамическую массу выполняют на основе вяжущих цементов.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала для листового элемента используют водорастворимую бумагу.

8. Броня, выполненная в виде структурированной керамической панели с заданной топологией структурной неоднородности, полученной путем предварительного заключения внутрь панели пространственной конструкции, выполненной из листового элемента с проделанными в нем разрезами и подвергнутого непрерывной деформации с образованием между этими разрезами отверстий, заполненных в процессе формирования панели керамической массой.

9. Броня по п.8, отличающаяся тем, что листовой элемент выполнен из бумаги или картона толщиной 50-3000 мкм.

10. Броня по п.9, отличающаяся тем, что листовой элемент выполнен из водорастворимой бумаги.

11. Броня по п.8, отличающаяся тем, что листовой элемент выполнен из полимерной пленки толщиной 25-500 мкм.

12. Броня по п.8, отличающаяся тем, что листовой элемент выполнен из волокнисто-керамического ровинга.

13. Броня по п.8, отличающаяся тем, что листовой элемент выполнен из тонколистового или толстолистового керамического сырья.

14. Броня по п.8, отличающаяся тем, что в листовом элементе выполнена перфорация.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам защиты человека и бронированной техники от бронебойных пуль и снарядов, в частности к используемым для этих целей композитным броневым конструкциям.

Изобретение относится к устройствам броневой защиты танка. .
Изобретение относится к области металлургии и к области бронезащиты, а именно к свариваемой противопульной броневой стали, применяемой для противопульной защиты автомобилей, спецвагонов и других легкобронированных машин.

Изобретение относится к защитной броне для защиты от обстрела, содержащей щит, выполненный из легированной стали, которая имеет базовое содержание углерода менее 0,3 мас.% и которая в результате термохимической обработки в граничной зоне, идущей от по меньшей мере одной наружной поверхности щита, обогащена повышающими твердость элементами, такими как углерод и/или азот, причем сталь из-за проведенной после термохимической обработки термической обработки, например закалки и/или отпуска, имеет повышенную поверхностную твердость.

Изобретение относится к прозрачной бронезащите от пуль сверхвысокой твердости. .
Изобретение относится к области черной металлургии и бронезащиты и может быть использовано при изготовлении средств индивидуальной защиты, а также для бронезащиты автомобилей, спецвагонов и других легкобронированных машин.

Изобретение относится к способам обеспечения защиты элементов конструкций ракетно-космической техники (РКТ) от вредного воздействия факторов внешней среды. .

Изобретение относится к способам изготовления непробиваемых кумулятивной струей подвижных и стационарных сооружений и бронетехники. .

Изобретение относится к средствам индивидуальной бронезащиты от пулевых, осколочных и колющих воздействий. .

Изобретение относится к устройствам для защиты космических аппаратов от повреждения частицами космической среды. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии получения листового проката, используемого в бронезащитных конструкциях

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе железа, используемым для изготовления броневых элементов

Изобретение относится к композиционному материалу, содержащему частицы алмаза карбида бора и карбида кремния, и может быть использовано в качестве брони, инструментов для резки, сверления и механической обработки, а также в применениях, где происходит абразивный износ. Композиционный материал обладает пористостью, равной менее 2 об.%. Средний размер частиц алмаза отличается не более чем на 50 мкм от среднего размера частиц карбида бора. Способ изготовления таких материалов включает нанесение на множество частиц алмаза покрытия из карбида бора, объединение множества частиц алмаза с образованием сырца и нагревание сырца в контакте с расплавом кремния до температуры в диапазоне от примерно 1200 до примерно 2000°С при воздействии давления или вакуума, не превышающего примерно 2000 МПа. Технический результат изобретения - улучшение прочности, твёрдости, ударной вязкости материала и его стойкости к истирающему воздействию. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 пр., 4 ил.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной броневой листовой стали. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,28-0,40, кремний 0,80-1,40, марганец 0,50-0,80, хром 0,10-0,70, никель 1,50-2,20, молибден 0,30-0,80, алюминий 0,005-0,05, медь не более 0,30, сера не более 0,012, фосфор не более 0,015, железо - остальное. Соотношение молибден/углерод составляет 0,8-2,0. Стальные заготовки нагревают до температуры горячей деформации, осуществляют прокатку с регламентированным обжатием и закалку с отпуском. Закалку проводят в прессе с охлаждением водой под давлением 150-500 кг/см2 и при ее расходе 0,2-0,5 м3/час. Обеспечивается противопульная стойкость изготовленной из стали брони. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к бронированным конструкциям. Устройство комбинированной панели для защиты дорожных транспортных средств от пуль и осколков содержит каркасную конструкцию, переднюю стенку с бронированными элементами типа жалюзи, заднюю бронированную стенку, две боковые бронированные стенки, емкость с водой. Лицевые поверхности стоек и балок каркасной конструкции, задняя стенка, боковые стенки выполнены на шарнирах. Набор броневых элементов передней стенки со стороны подлета пули по всей длине выполнен с поверхностями отклонения траектории движения пули. Набор броневых элементов передней стенки панели установлен с нахлестом между рядами на упругих торсионных валиках с фиксацией угла поворота упором, выполненным на задней стенке, и выступом по оси торсионного валика с углом при вершине, обеспечивающим рикошетирование пули и образованным встречными плоскостями на поверхности криволинейного элемента по оси торсионного валика. Нижняя грань выступа является продолжением кривизны элемента. Размер элемента жалюзи по высоте соизмерим с размерами осколка. Боковые стенки с размером по глубине на 1/3 больше расстояния между передней и задней стенками панели. Емкость выполнена объемной из эластичной, пуленепробиваемой ткани и на 2/3 заполнена водой. Достигается повышение степени защищенности узлов дорожных транспортных средств от пуль и осколков. 4 ил.

Изобретение относится к броневым конструкциям. Устройство защиты от противотанковых кумулятивных гранат представляет собой экран. Экран выполнен в виде основы с дискретными металлическими объемными защитными элементами. Поверхностная плотность основы составляет от 0,05 кг/м2 до 10 кг/м2. Металлические объемные защитные элементы имеют габаритные размеры от 5 мм до 50 мм и плотность от 2500 кг/м3 до 19000 кг/м3. Экран установлен перед защищаемым объектом на расстоянии от 50 мм до 1500 мм. Достигается повышение уровня защиты от кумулятивных гранат. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области разработки средств защиты техники от бронебойных пуль. Объемно-комбинированная броня содержит высокотвердый слой из керамических элементов, соединенных связующим в монолит, и высокопрочный энергоемкий тыльный слой. Керамические элементы выполнены со скошенными краями под углом 15-55° по отношению к плоскости брони, причем некрайние элементы выполнены со скосами внутрь по двум сопряженным сторонам и со скосами наружу по двум другим сторонам. Крайние угловые элементы имеют только два скоса, а две другие стороны изготовлены без скосов. Элементы, расположенные по краю высокотвердого слоя, но не угловые, имеют три стороны со скосами. Центральные элементы высокотвердого слоя имеют утолщение в 1,2-1,5 раза больше по сравнению с остальными элементами. Достигается повышение надежности и эффективности бронезащиты. 14 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к пневмоколесным бронетранспортерам. Способ защиты пневмоколес от случайного потока летящих тел осуществляется применением операции отражения летящих тел бронезащитной плитой, которая выполнена в виде круглого диска, установленного параллельно плоскости движения пневмоколеса на крепежном диске соосно с осью пневмоколеса. Наружный радиус бронезащитной плиты меньше наружного радиуса пневмоколеса на величину, превышающую его деформацию. Достигается защита боковой поверхности пневмоколес от случайного потока летящих механических тел. 3 ил.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству нового высокоэффективного вида металлопродукции - толстолистового проката из сверхвысокопрочной низколегированной стали для противопульной защиты корпуса транспортных средств. Для обеспечения высоких прочностных свойств листов при сохранении достаточной пластичности и ударной вязкости способ включает получение непрерывнолитого сляба, его нагрев, горячую прокатку, закалку и отпуск листов, при этом непрерывнолитой сляб получают из стали следующего химического состава, мас. %: 0,40-0,47 C; 0,20-0,50 Si; 0,50-0,90 Mn; 0,40-0,80 Cr; 1,80-2,30 Ni; 0,30-0,50 Mo; 0,02-0,06 V; 0,02-0,08 Al; 0,001-0,010 N; 0,10-0,20 Cu; 0,002-0,020 Nb; 0,002-0,015 Ti; 0,001-0,005 B; не более 0,005 S; не более 0,010 P; остальное Fe, закалку осуществляют при температуре 930-980°C, отпуск при температуре 170-200°C. 3 табл., 1 пр.
Наверх