.png)
.png)
Послать статью по эл. почте 
УДАРОПРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ: ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВЫШЕНИЯ ИХ БАЛЛИСТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
https://doi.org/10.17073/1683-4518-2016-4-53-67
Аннотация
Сформулированы базовые подходы к повышению баллистической эффективности керамических компонентов бронезащиты, основанные на совершенствовании структуры ударопрочных керамических материалов и керамических броневых элементов на нано-, микро- и макроуровнях. Приведены обзор и анализ современного состояния и тенденций развития путей повышения баллистических характеристик, которые базируются на формировании мелкозернистой структуры монолитной керамики, создании композиционных (дисперсно-упрочненных и волокнисто-армированных) керамических материалов, создании материалов с изменяющимися в объеме свойствами (слоистые и градиентные), создании дискретной (мозаичной) структуры керамического слоя.
Об авторах
А. П. ГаршинРоссия
Доктор технических наук
В. И. Кулик
Россия
Кандидат технических наук
А. С. Нилов
Россия
Кандидат технических наук
Список литературы
1. Григорян, В. А. Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования / В. А. Григорян, И. Ф. Кобылкин, В. М. Маринин, Е. Н. Чистяков ; под ред. В. А. Григоряна. ― М. : РадиоСофт, 2008. ― 406 с.
2. Легкие баллистические материалы / под ред. А. Бхатнагара. ― М. : Техносфера, 2011. ― 392 с.
3. Келина, И. Ю. Ударопрочная керамика на основе карбида кремния / И. Ю. Келина, В. В. Ленский, Н. А. Голубева [и др.] // Огнеупоры и техническая керамика. ― 2010. ― № 1/2. ― С. 17‒24.
4. Viechnicki, D. Armor Ceramics / D. Viechnicki, W. Blumenthal, M. Slavin [et al.] // Third TACOM Armor Coordinating Conference, 1987. ― P. 27‒53.
5. Rice, R. W. Mechanical properties of ceramics and composites: grain and particle effects / R. W. Rice. ― N. Y. : Marcel Dekker, Inc., New York, 2000. ― 712 p.
6. Medvedovski, E. Alumina ceramics for ballistic protection : Part 2 / Е. Medvedovski // Amer. Ceram. Soc. Bull. ― 2002. ― Vol. 81, № 4. ― P. 45‒50.
7. Medvedovski, E. Alumina ceramics for ballistic protection : Part 1 / Е. Medvedovski // Amer. Ceram. Soc. Bull. ― 2002. ― Vol. 81, № 3. ― P. 27‒32.
8. Гаршин, А. П. Материаловедение. Техническая керамика в машиностроении : уч. пособие / А. П. Гаршин. ― СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2012. ― 296 с.
9. Hall, E. O. The deformation and ageing of mild stell: III Discussion of results / Е. О. Hall // Proc. Phys. Soc. B. ― 1951. ― Vol. 64. ― P. 747‒753.
10. Petch, N. J. The cleavage strength of polycrystals / N. J. Petch // J. Iron Steel. ― 1953. ― Vol. 174. ― P. 25‒28.
11. Zhang, S. Recent advances of superhard nanocomposite coatings: a review / S. Zhang, D. Sun, Y. Fu, H. Du // Surface and Coatings Technology. ― 2003. ― Vol. 167. ― P. 113‒119.
12. Келина, И. Ю. Повышение баллистической эффективности корундовой керамики / И. Ю. Келина, Л. А. Чевыкалова, И. Л. Михальчик [и др.] // Тез. докл. ХХ Международной научно-технической конференции «Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов». Обнинск, 2013. ― C. 327‒329.
13. Karandikar, P. G. A review of ceramics for armor applications / P. G. Karandikar, G. Evans, S. Wong [et al.] // Advances in Ceramic Armor IV: Ceram. Eng. and Sci. Proc. ― 2009. ― Vol. 29, № 6. ― P. 163‒175.
14. Aghajanian, M. Effect of grain size on microstructure, properties, and surface roughness of reaction bonded SiC ceramics / M. Aghajanian, C. Emmons, S. Rummel [at al.] // Proc. SPIE «Material Technologies and Applications to Optics, Structures, Components and Sub-Systems», 2013. ― 9 р.
15. Блинков, И. В. Использование нанопорошков карбида бора для изготовления высокопрочной кера мики / И. В. Блинков, В. Н. Аникин, А. В. Елютин, К. А. Мягков / [Электронный ресурс]. Режим доступа : http://r usnanotech09.r usnanofor um.r u / P ublic/ LargeDocs/theses/rus/poster/08/Blinkov_I.pdf.
16. Варрава, С. Н. Основные тенденции в конструировании керамической композиционной брони / С. Н. Варрава // Вопросы оборонной техники. ― 1999. ― Вып. 3/4.
17. Keçeli, Z. Effects of B4C addition on the microstructural and thermal properties of hot pressed SiC ceramic matrix composites / Z. Keçeli, H. Ögünç, T. Boyraz [et al.] // J. Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 2009. ― Vol. 37, № 2. ― P. 423‒428.
18. Sun, X. Intragranular particle residual stress strengthening of Al2O3‒SiC nanocomposites / X. Sun, J.-G. Li, S. Guo, Z. Xiu // J. Amer. Ceram. Soc. ― 2005. ― Vol. 88, № 6. ― P. 1536‒1543.
19. Wei, G. C. Improvements in mechanical properties in SiC by the addition of TiC particles / G. C. Wei, P. F. Becher // J. Amer. Ceram. Soc. ― 1984. ― Vol. 67, № 8. ― Р. 571‒574.
20. Janney, M. A. Mechanical properties and oxidation behavior of a hot-pressed SiC‒15 vol.% TiB2 / M. A. Janney // Amer. Ceram. Soc. Bull. ― 1987. ― Vol. 66, № 2. ― P. 322‒324.
21. Kasiarova M. Microstructure and mechanical properties of Si3N4‒SiC nanocomposites / M. Kasiarova, J. Dusza, M. Hnatko, P. Sajgalik // Conf. proc. «Nanocon 2009». Czech Republic, 2009. ― 6 p.
22. Гордеев, И. С. Керамические композиционные материалы нитрид бора – карбид кремния – кремний : автореф. … канд. техн. наук. ― СПб., 2015. ― 22 с.
23. Jiang, D. T. Effect of sintering temperature on a single-wall carbon nanotube-toughened alumina-based nanocomposite / D. T. Jiang, K. Thomson, J. D. Kuntz [et al.] // Scripta Mater. ― 2007. ― Vol. 56, № 11. ― P. 959‒962.
24. Ahmad, K. Hybrid nanocomposites: A new route towards tougher alumina ceramics / K. Ahmad, W. Pan // Composites Science and Technology. ― 2008. ― Vol. 68, № 6. ― P. 1321‒1327.
25. Zhu, Y. F. Preparation and properties of alumina composites modified by electric field-induced alignment of carbon nanotubes / Y. F. Zhu, L. Shi, C. Zhang // Applied Physics A: Mat. Sci. & Proc. ― 2007. ― Vol. 89, № 3. ― P. 761‒767.
26. Yamamoto, G. A novel structure for carbon nanotube reinforced alumina composites with improved mechanical properties / G. Yamamoto, M. Omori, T. Hashida, H. Kimura // Nanotechnology. ― 2008. ― Vol. 19, № 31. ― Article № 315708.
27. Yamamoto, G. Preparation of carbon nanotube ― toughened alumina composites / G. Yamamoto, M. Omori, T. Hashida // WATER DYNAMICS: 5th Intern. Workshop on Water Dynamics. AIP Conf. Proc., 2008. ― Vol. 987. ― P. 83‒85.
28. Wei, T. A new structure for multi-walled carbon nanotubes reinforced alumina nanocomposite with high strength and toughness / T. Wei, Z. J. Fan, G. H. Luo, F. Wei // Mater. Lett. ― 2008. ― Vol. 62, № 4/5. ― P. 641‒644.
29. Estili, M. An approach to mass-producing individually alumina-decorated multi-walled carbon nanotubes with optimized and controlled compositions / M. Estili, A. Kawasaki // Scripta Materialia. ― 2008. ― Vol. 58, № 10. ― P. 906‒909.
30. Зараменских, К. С. Углеродные нанотрубки для керамических композитов : дис. … канд. хим. наук. ― M., 2011. ― 167 с.
31. Samal, S. S. Carbon nanotube reinforced ceramic matrix composites ― a review / S. S. Samal, S. Bal // J. Minerals & Materials Characterization & Engineering. ― 2008. ― Vol. 7, № 4. ― P. 355‒370.
32. Федосова, Н. А. Керамический бронематериал, легированный углеродными нанотрубками: получение, моделирование, оптимизация / Н. А. Федосова, П. П. Файков, Н. А. Попова [и др.] // Химическая технология и биотехнология новых материалов и продуктов : тез. докл. VI междунар. конф. российского химического общества им. Д. И. Менделеева. ― М., 2014. ― С. 111‒114.
33. Ma, R. Z. Processing and properties of carbon nanotubes ‒ nano-SiC ceramic / R. Z. Ma, J. Wu, B. Q. Wei [et al.] // J. Mater. Sci. ― 1998. ― Vol. 33, № 21. ― P. 5243‒5246.
34. Karandikar, P. G. Carbon nanotube (CNT) and carbon fiber reinforced high toughness reaction bonded composites / P. G. Karandikar, G. Evans, M. K. Aghajanian // Ceram. Eng. and Sci. Proc. ― 2007. ― Vol. 28, № 6. ― P. 53‒63.
35. Morisada, Y. Mechanical properties of SiC composites incorporating SiC-coated multi-walled carbon nanotubes / Y. Morisada, Y. Miyamoto, Y. Takaura [et al.] // Int. J. Refractory Metals and Hard Materials. ― 2007. ― Vol. 25, № 4. ― P. 322‒327.
36. Елисеев, В. С. Исследование баллистической эффективности высокотвердых материалов / В. С. Елисеев, А. Д. Кравченко, В. В. Ярош // Вопросы оборонной техники. ― 2001. ― Вып. 3/4.
37. Гаршин, А. П. Фрикционные материалы на основе волокнисто-армированных композитов с углеродной и керамической матрицей для систем торможения / А. П. Гаршин, В. И. Кулик, А. С. Нилов // Новые огнеупоры. ― 2008. ― № 9. ― C. 54‒60.
38. Wang, X. Behavior of short carbon fibers in Cfiber/ Si3N4 composites by hot pressed sintering / X. Wang, D. Zhu, P. Li [еt al.] // J. Reinforced Plastics and Composites. ― 2009. ― Vol. 28, № 2. ― P. 167‒173.
39. Wang, H.-Y. Preparation and properties of carbon fiber/Si3N4 composites / H.-Y. Wang, Q. Liu, Y. Zhou [et al.] // J. Inorg. Mat. ― 2014. ― Vol. 29, № 9. ― P. 1003‒1008.
40. Sambell, R. A. J. Carbon fibre composites with ceramic and glass matrices / R. A. J. Sambell, A. Briggs, D. C. Phillips, D. H. Bowen // J. Mat. Sci. ― 1972. ― Vol. 7, № 6. ― P. 676‒681.
41. Jiang, D. R&D of advanced ceramics activities in China and Shanghai institute of ceramics Chinese academy of sciences (SICCAS) / D. Jiang // Ceram. Eng. and Sci. Proc. ― 2009. ― Vol. 30, № 2. ― P. 3‒22.
42. Tiegs T. SiC Whisker Reinforced Alumina. Hanbook of ceramic composites / T. Tiegs ; ed. by N. P. Bansal. ― Kluver Academic Publishers, 2005. ― Р. 307‒327.
43. Heidenreich, B. Development of CMC-Materials for Lightweight Armor / B. Heidenreich, W. Krenkel, B. Lexow // Ceram. Eng. and Sci. Proc. ― 2003. ― Vol. 24, № 3. ― P. 375‒381.
44. Пат. 6709736 US. Armored products made of fiberreinforced composite material with ceramic matrix / Gruber U., Heine M., Kienzle A., Nixdorf R. ; опубл. 23.03.04.
45. Пат. 6314858 В1 US. Fiber reinforced ceramic matrix composite armor / Strasser T. E., Atmur S. D. ; опубл. 13.11.01.
46. Hanbook of ceramic composites / ed. by N. P. Bansal. ― Kluver Academic Publishers, 2005. ― P. 554.
47. Rak, Z. S. Cf/SiC composites by a novel manufacturing method / Z. S. Rak, L. D. Berkeveld. G. Snijders // ECNRX—00-040, 2000. ― 21 р.
48. [Электронный ресурс]. Режим доступа : www. sglgroup.com/.../ballistic...ceramics/index.html 49. Пат. 2415109 РФ. Наноструктурированный керамоматричный композиционный материал и способ его получения / Румянцев В. И., Сапронов Р. Л., Мех В. А. ; опубл. 27.03.11.
49. Пат. 2457192 РФ. Керамоматричный композиционный материал с упрочненным армирующим компонентом и способ его получения / Румянцев В. И., Сапронов Р. Л., Мех. В. А. ; опубл. 27.07.12.
50. Yu, H. Properties of carbon nano-tubes–Cf/SiC composite by precursor infiltration and pyrolysis process / H. Yu , X. Zhou, W. Zhang [et al.] // Materials and Design. ― 2011. ― Vol. 32. ― P. 3516‒3520.
51. Пат. 5114772 US. Protective material having a multilayer ceramic structure / Charbonnel L., Etienne J., Remillieux Y. [et al.] ; опубл. 19.05.92.
52. Пат. 2009/0324966 A1 US. Multilayer armor plating and process for producing the plating / Benitsch B., Pfitzmaier E. ; опубл. 31.12.09.
53. Пат. 6135006 US. Fiber reinforced ceramic matrix composite armor / Strasser T. E., Atmur S. D. ; опубл. 24.10.00.
54. Пат. 2008/0271595 A1 US. Lightweight projectile resistant armor system / Bird C. E., Holowczak J. E. ; опубл. 06.11.08.
55. Sheppard, L. M. Enhancing performance of ceramic composites / L. M. Sheppard // Amer. Ceram. Soc. Bull. ― 1992. ― Vol. 70, № 4. ― P. 617‒631.
56. Templeton, D. W. Computational study of a functionally graded ceramic-metallic armor / D. W. Templeton, T. J. Gorsich, T. J. Holmquist // 23rd International symposium on ballistics, Tarragona, Spain, 16‒20 april, 2007. ― P. 1155‒1164.
57. Пат. 2007/0116939 A1 US. Fiber reinforced composite for protective armor, and method for producing the fiberreinforced composition and protective armor / Benitsch B., Heine M., Schweizer S., Chopin R.-Z. ; опубл. 24.05.07.
58. Пат. 2428395 РФ. Наноструктурированный функционально-градиентный композиционный материал и способ его получения / Румянцев В. И., Сапронов Р. Л., Мех В. А., Суворов С. А. ; опубл. 10.09.11.
59. Krenkel, W. Carbon fiber reinforced CMC for highperformance structures / W. Krenkel // Int. J. Applied Ceram. Technol. ― 2004. ― Vol. 1, № 2. ― P. 188‒200.
60. Григорян, В. А. Баллистические свойства органокерамических панелей для использования в средствах индивидуальной защиты / В. А. Григорян, О. Б. Дашевская, А. И. Егоров, В. А. Хромушкин // Тр. 8-й Всерос. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопасности». Т. 1. ― СПб. : НПО СМ, 2005. ― 272 с.
61. [Электронный ресурс]. Pежим доступа : http://www.arms-expo.ru/news/archive/novaya-bronyadlya-rossiyskih-vs14-09-2007
62. The HybridTech Armor® Technology ― Ballistic Armor // [Электронный ресурс]. Pежим доступа : http://www.alsic.com/HybrdTech-Technology.html.
63. Пат. 2007/0089597 US. Lightweight composite armor / Ma Z. D. ; опубл. 26.04.07.
64. Зайцев, Г. П. Корундовая керамика: опыт производства и применения / Г. П. Зайцев // Экспертный союз. ― 2011. ― № 3. ― C. 43‒46.
65. Ko F. K. Behavior of gradient designed composite under ballistic impact / F. K. Ko, A. J. Geshury, J. W. Song // Proceedings of ICCM–11, Gold Coast, Australia, 14th‒18th July 1997. Vol. II : Fatigue, Fracture and Ceramic Matrix Composites, 1997. ― P. 464‒473.
66. Jovicic, J. M. Numerical modeling and analysis of static and ballistic behavior of multi-layered/multiphase composite materials using detailed microstructural discretization / J. M. Jovicic // Thesis of Doctor of Philosophy, 2003. ― 196 p.
67. Маттьюз, Ф. Композитные материалы. Механика и технология / Ф. Маттьюз, Р. М. Ролингс.― Техносфера, 2004. ― 408 с.
68. Максимов, А. И. Основы золь-гель технологии и нанокомпозитов / А. И. Максимов, В. А. Мошников, Ю. М. Таиров [и др.]. ― СПб. : Элмор, 2008. ― 255 с.
69. Семченко, Г. Д. Синтез новообразований при термообработке в азотной среде и при ГП шихт из SiC и Si3N4 с использованием золь-гель композиций / Г. Д. Семченко, Л. А. Анголенко, И. Н. Опрышко [и др.] // Тез. докл. V Всероссийской конференции «Керамика и композиционные материалы». 20‒27 июня 2004 г., Сыктывкар, 2004. ― C. 14.
70. Yang, Y. Experemental and numerical investigation on hupervelosity impact response of 2D plain-women C/SiC composite / Y. Yang, F. Xu // J. Mech. Sci. and Techn. ― 2015. ― Vol. 29, № 1. ― P. 11‒16.
71. Salem, J. Transparent armor ceramics as spacecraft windows / J. Salem // J. Amer. Ceram. Soc. ― 2013. ― Vol. 96, № 1. ― P. 281‒289.
72. Галахов, А. В. Синтез оксинитрида алюминия из исходных органических соединений / А. В. Галахов, В. А. Зеленский, Л. В. Виноградов [и др.] // Новые огнеупоры. ― 2012. ― № 8. ― C. 56‒58.
73. Shi, S.-L. The effect of multi-wall carbon nanotubes on electromagnetic interference shielding of ceramic composites / S.-L. Shi, J. Liang // Nanotechnology. ― 2008. ― Vol. 19. ― 255707 (5 p).
74. Li, Q. Improved dielectric and electromagnetic interference shielding properties of ferrocene-modified polycarbosilane derived SiC/C composite ceramics / Q. Li, X. Yin, W. Duan [et al.] // J. Europ. Ceram. Soc. ― 2014. ― Vol. 3/4, № 10. ― P. 2187‒2201.
75. Huang, Z. Dielectric and mechanical properties of hot-pressed sintered Csf/Al2O3 ceramic composites / Z. Huang, W. Zhou, R. Ma [et al.] // Int. J. Applied Ceram. Techn. ― 2012. ― Vol. 9, Iss. 2. ― Р. 413‒420.
76. Непочатов, Ю. К. Разработка составов и технологии корундовой бронекерамики с радиопоглoщающим ферритсодержащим покрытием : дис. … канд. техн. наук. ― Новосибирск, 2014. ― 174 с.
Дополнительные файлы
Для цитирования: Гаршин А.П., Кулик В.И., Нилов А.С. УДАРОПРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ: ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВЫШЕНИЯ ИХ БАЛЛИСТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ. Новые огнеупоры. 2016;(4):53-67. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2016-4-53-67
For citation: Garshin A.P., Kulik V.I., Hilov A.S. IMPACT-RESISTANT MATERIALS BASED ON TECHNICAL CERAMICS: THE ACHIEVEMENTS AND POSSIBILITY OF THEIR BALLISTIC EFFICIENCY INCREASING. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2016;(4):53-67. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2016-4-53-67
Обратные ссылки
- Обратные ссылки не определены.