DOI: https://doi.org/10.20998/0821.2020.01.07

ДОСЛIДЖЕННЯ ВПЛИВУ МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ НА БРОНЕСТІЙКІСТЬ СПОДУМЕНОВИХ СКЛОКРИСТАЛІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ

Oksana Savvova, Svіatoslav Rіabinin, Gennady Voronov, Alexey Fesenko, Julia Smirnova

Анотація


Визначено перспективні методи отримання високоміцних склокерамічних матеріалів на основі літійалюмосилікатних стекол за керамічною технологією. Проведено аналіз розробок зі зміцнення склокристалічних матеріалів з вмістом сподумену. Розроблено композиційні матеріали на основі сподуменових склокристалічних матеріалів, які модифіковано діоксидом цирконію стабілізованого оксидом ітрію. Встановлено, що для алюмосилікатних стекол характерним є протікання процесу об’ємної тонкодисперсної кристалізації скла з формуванням кристалів β-сподумену у кількості 80 об. % відповідно в умовах низькотемпературної короткотривалої двостадійної термічної обробки. Встановлено, що забезпечення щільно упакованої структури матеріалу забезпечується за рахунок наявності фракцій не більше 125 мкм ≈ 70 об. %, не більше 63 мкм – 15 об. %, не більше 25 мкм – 15 об. %. Досліджено вплив структури склокристалічних матеріалів на їх механічні властивості та встановлено основні критерії забезпечення високих показників тріщиностійкості, ударостійкості та бронестійкості. Наявність для розробленого ситалу фаз з різними пружними властивостями дозволяє забезпечити більш ефективне руйнування ударника та мінімізацію позаперешкодної дії. Порівняльна оцінка розробленого ударостійкого склокристалічного матеріалу та відомого елементу бронезахисту дозволила встановити перспективність використання ситалу як бронеелементу з експлуатаційними властивостями на рівні світових аналогів. Важливими аспектами ефективного впровадження розробленого матеріалу є його зменшена вартість та вага в порівнянні з керамічними бронеелементами. Також вагоме зниження щільності та підвищення тріщиностійкості розробленого матеріалу при частковій заміні надтвердого керамічного бронеелементу на склокерамічні матеріали в якості енергоруйнуючого та дроблячого шару, дозволить зменшити вагу та підвищити в системі кераміка – ситал – кевлар живучість броні при обстрілі. Це дозволить підвищити конкурентоспроможність вітчизняних захисних бронеелементів на світовому ринку.

Ключові слова


склокристалічні матеріали; сподумен; механічні властивості; структура; ударостійкість; бронестійкість

Повний текст:

PDF

Посилання


Perspektivi naukovo-tehnologichnogo zabezpechennya oboronno-promislovogo kompleksu Ukrayini: Informacijno-komunikativnij zahid (Kiyiv, 22-23 veresnya 2015), vidp. red. V. S. Shovkalyuk. – K.: TOV «Mizhnarodnij vistavkovij centr», 2015.–247p.

Savvova О., Bragina L., Voronov G. Development of glass-ceramic high-strength material for personal armor protection elements // Chemistry and Chemical Technology. 2017. vol. 11, is. 2. pp. 214–219

Savvova O.V., Voronov G.K., Babich O.V. Protective impact resistant composite materials based on aluminium-silicate glass-ceramics // Functional Materials. 2019. vol. 26, is. 1. pp. 182–188.

Vy`shnyakov L.R., Mazna O.V., Neshpor O.V., Koxany`j V.O., Oleksyuk O.N. Vply`v konstrukty`vno-texnologichny`x faktoriv na efekty`vnist` broneelementiv na osnovi keramiky`[ The influence of structural and technological factors on the effectiveness of armored elements based on ceramics] // Problemy prochnosty`. 2004. No 6. pp. 128–135.

Kobylkin, V. V. Selivanov I. F. Materialy i struktury legkoj bronezashhity : uchebnik [Materials and structures of light armor protection: a textbook]. Moskva : Izdatel'stvo MGTU im. N. Je. Baumana, 2014. 191 p.

The Science of Armour Materials / Edited by Ian G. Crouch. – Duxford: Woodhead Publishing. 2016. 754 p.

Thomas, E.L., McGrath, M.F., Buchanan, R.C., Chelluri, B., Haber, R.A., Hutchinson, J.W., Johnson, G.R., Kumar, S., McMeeking, R.M., Orlovskaya, N.A., Ortiz, M., Radovitzky, R., Ramesh, K.T., Shockey, D.A., Skaggs, S.R., Wax, S.G. Opportunities in Protection Materials Science and Technology for Future Army // Washington: National Academies Press. 2011. 176 p.

P. G. Karandikar, G. Evans, S. Wong, M. K. Aghajanian, and M. Sennett A review of ceramics for armor applications // Advances in Ceramic Armor IV : Ceramic Engineering and Science Proceedings. 2008. vol. 29, No. 6. pp. 163–175.

Safarov I.B. Anizotropija skorostej prodol'nyh i poperechnyh voln u kristalla spodumeny pri vysokih termodinamicheskih uslovijah [Anisotropy of the velocities of longitudinal and transverse waves in a spodumene crystal under high thermody-namic conditions ]/ DAN AR. 1998. T.LIV. No. 5 pp. 135–141.

Safarov I.B., Agaev H.B. Uprugie moduli kristalla spodumena pri davlenijah do 2,0 GPa [Elastic moduli of the spodumene crystal at pressures up to 2.0 GPa] / Geodinamіka. 2012. No. 1 (12). pp. 163–167.

Harlanov A.N., Turakulova A.O., Lunina E.V., Murav'eva G.P., Lunin V.V. Termicheskie prevrashhenija v ZrO2, legirovannogo oksidami ittrija i lantana [Thermal transformations in ZrO2 doped with yttrium and lanthanum oxides] // Vestnik Moskovskogo Universiteta: serija 2. himija. 1998. Vol. 39, No. 3. pp. 162–165.

Garshin A.P., Kulik V.I., Nilov A.S. Udaroprochnye materialy na osnove tehnicheskoj keramiki: dostizhenija i perspektivy povyshenija ih ballisticheskoj jeffektivnosti [Impact-resistant materials based on technical ceramics: achievements and prospects for increasing their ballistic efficiency] // Novye ogneupory. 2016. No 4. pp. 53–67.

Majstrenko A.L., Kulich V.G., Tkach V.N. Formirovanie vysokoplotnoj struktury samosvjazannogo karbida kremnija [The formation of a high-density structure of self-bonded silicon carbide] // Sverhtverdye materialy. 2009. No. 1. pp. 18-35

Material properties Norfrax / Saint-Gobain Ceramic Material URL: https://www.ceramicsrefractories.saint-gobain.com/sites/imdf.hpr.com/files/norfrax-rbsic-en-1062-tds.pdf.