ІННОВАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ СТВОРЕННЯ СКЛОКОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ СУЧАСНИХ БРОНЕЖИЛЕТІВ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2079-0821.2025.02.01Ключові слова:
елементи бронезахисту, склокомпозиційні матеріали, β-сподумен, наноструктура, зміцнені матеріали, вогнестійкість, градієнтна структураАнотація
У роботі проведено матеріалознавчий аналіз та експериментальне дослідження керамокомпозитного бронеелемента для індивідуального захисту. Метою було визначити оптимальну комбінацію керамічних і композитних шарів, що забезпечує ефективне руйнування снарядів, поглинання кінетичної енергії й мінімізацію маси. Запропоновано багатошарову архітектуру «жорстка керамічна поверхня — склокомпозиційний проміжний шар — полімерна підкладка», яка забезпечує послідовне розсіяння енергії й локалізацію руйнувань. Особливу увагу приділено розробці сподуменових склокристалічних матеріалів, модифікованих Y₂O₃-стабілізованим ZrO₂. Введення стабілізованого ZrO₂ стимулює формування тонкодисперсної β-сподуменової фази (до 85 об.%), що підвищує тріщиностійкість (K₁C ≈ 8,1 МПа·м0,5) і модуль пружності (E ≈ 320 ГПа) при зниженій щільності (~2410 кг/м3) порівняно з SiC. Досліджено термограми, мікроструктуру, фазовий склад і механічні властивості; отримані дані свідчать про підвищену вогнестійкість і здатність матеріалу виконувати функції руйнівного та демпферного шарів. Економічна оцінка показала кращий баланс «ціна – якість» у сподуменових склокомпозитів порівняно з карбідами, що знижує вартість бронеелементів при збереженні експлуатаційних характеристик. Набір рекомендацій охоплює технологічні маршрути, контроль адгезії та результати початкових випробувань, що підтверджують життєздатність рішень. Результати підтверджують перспективність застосування розроблених матеріалів у багатошарових бронеелементах класів 4–6 за ДСТУ 8782:2018. Запропоновані матеріали придатні для індивідуального захисту та бойової техніки; їх впровадження може знизити експлуатаційні витрати.
Посилання
Fink B. K. Performance metrics for composite integral armor. Journal of thermoplastic composite materials, 2000. 13(5), 417–431. https://doi.org/10.1106/FR0L-T33W-JPD0-VFH3
Akella K. Multilayered Ceramic-Composites for Armour Applications. Handbook of Advanced Ceramics and Composites. Cham, 2019. P. 1–31. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-73255-8_11-1
Mahdi S., Gama B. A., Yarlagadda S., Gillespie Jr. J. W. (2003). Effect of the manufacturing process on the interfacial properties and structural performance of multi-functional composite structures. Composites Part A: applied science and manufacturing, 34(7), 635–647. https://doi.org/10.1016/S1359-835X(03)00091-5
Gibson R. F. Principles of composite material mechanics. CRC press. 2016. https://doi.org/10.1201/9781420014242
Ernst H. J., Wiesner V., Wolf T. Armor ceramics under high-velocity impact of a medium-caliber long-rod penetrator. Ceramic transactions, 2002. 134, 23–31.
James B. Practical issues in ceramic armour design. Ceramic transactions, 2002. 134, 33-44.
Tam T., Bhatnagar, A. High performance ballistic fibers. Lightweight ballistic composites, 2006. 189–209. Woodhead Publishing. https://doi.org/10.1533/9781845691554.2.189
Song J. W. Fabrics and composites for ballistic protection of personnel. Lightweight ballistic composites, 2006. 210–239. Woodhead Publishing. https://doi.org/10.1533/9781845691554.2.210
Standard N. I. J. 0101.06. Ballistic resistance of body armor. National Institute of Justice, US Department of Justice, 2008.
Hannibal A., Weir B. Ballistic material processing. Lightweight Ballistic Composites, 2006. 305–335. Woodhead Publishing. https://doi.org/10.1533/9781845691554.2.305
Bhatnagar A., Lang D. Military and law enforcement applications of lightweight ballistic materials. Lightweight Ballistic Composites, 2006. 364–397. Woodhead Publishing. https://doi. org/10.1533/9781845691554.2.364
Hosur M. V., Vaidya U. K., Ulven C., Jeelani S. Performance of stitched/unstitched woven carbon/epoxy composites under high velocity impact loading. Composite Structures, 2004. 64(3–4), 455–466. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2003.09.046
Udatha P., Sesha Kumar C. V., Nair N. S., Naik N. K. High velocity impact performance of three-dimensional woven composites. The Journal of Strain Analysis for Engineering Design, 2012. 47(7), 419–431. https://doi.org/10.1177/0309324712448578
Callister Jr, W. D., Rethwisch D. G. Materials science and engineering: an introduction. John wiley & sons, 2020.
Pandya K. S., Pothnis J. R., Ravikumar G., Naik N. K. Ballistic impact behavior of hybrid composites. Materials & Design, 2013. 44, 128–135. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2012.07.044
Salame J. M., Quefelec B. Ceramic-faced molded armor. Lightweight Ballistic Composites, 2006. 398–415. Woodhead Publishing. https://doi.org/10.1533/9781845691554.2.398
Savvova O. V. Riabinin S. O., Voronov H. K., Fesenko, O. I., Smyrnova Yu. O. Doslidzhennia vplyvu mekhanichnykh vlastyvostei na bronestiikist spodumenovykh sklokrystalichnykh materialiv. Visnyk NTU «KhPI». Seriia: Khimiia, khimichna tekhnolohiia ta ekolohiia, 2020. 1, 33–37. https://doi.org/10.20998/2079-0821.2020.01.07
Savvova O. V., Riabinin S. O., Voronov H. K., Fesenko O. I., Tymofieiev V. D. Spodumenvmisni sklokrystalichni materialy tekhnichnoho pryznachennia. Naukovi doslidzhennia z vohnetryviv ta tekhnichnoi keramiky, 2021. 121, 140–149. https://doi.org/10.35857/2663-3566.121.15
Riabinin S. O., Zakharov A. V., Maizelis A. O., Prytychenko H. V. Vyznachennia perspektyvnykh napriamkiv vdoskonalennia materialiv dlia indyvidualnoho bronezakhystu. Visnyk NTU «KhPI». Seriia: Khimiia, khimichna tekhnolohiia ta ekolohiia, 2023. 2(10), 33–37. https://doi.org/10.20998/2079-0821.2023.02.09
