في سيناريوهات ساحة المعركة اليوم، يحتاج الجنود إلى دروع توفر حماية فائقة مع تقليل الوزن. وفقًا لدراسة أجرتها محللون عسكريون في عام 2023، يبحث ما يقرب من أربعة من كل خمسة فرق قوات خاصة عن خيارات دروع جسم أخف وزنًا، والتي لا تزال فعالة في إيقاف الرصاص. والسبب؟ تعتمد المهام الحقيقية غالبًا على مدى سرعة تحرك القوات عبر التضاريس. فالتجهيزات الأثقل تبطئهم، مما يعني أوقات استجابة أبطأ عندما تسوء الأمور. ويتيح الدروع الأخف وزنًا لهم البقاء رشيقين بدرجة كافية للنجاة من الكمائن وإنجاز مهامهم بنجاح.
يبلغ كثافة كربيد البورون حوالي 2.52 غرامًا لكل سنتيمتر مكعب، ما يجعله أخف بحوالي 15 بالمئة من الألومنيوم. وينتج عن الدروع المصنوعة من هذه المادة وزن أقل بنسبة تتراوح بين 30 إلى 40 بالمئة مقارنةً بالحماية التقليدية المصنوعة من الفولاذ. وسر هذه الميزة يكمن في تركيب المادة، حيث تُشكل ذرات البورون والكربون روابط قوية جدًا داخل البنية البلورية، مما يمنحها قوة استثنائية مع الحفاظ على انخفاض الوزن. وعندما قامت المركبات العسكرية فعليًا بتركيب صفائح كربيد البورون واختبارها في ظروف صحراء، أظهرت دراسات حديثة للمواد تحسنًا في قدرتها على التنقل بنحو 22% مقارنةً بأنظمة الدروع القديمة.
| الممتلكات | كربايد البورون | كربيد السيليكون | أكسيد الألمنيوم |
|---|---|---|---|
| الكثافة (g/cm3) | 2.52 | 3.21 | 3.97 |
| الصلادة (غيغاباسكال) | 36 | 24 | 18 |
| انحراف المقذوفات | 92% | 85% | 78% |
| القدرة على التحمل بعدة إصابات | 87% | 91% | 82% |
بيانات الأداء.ballistic وفق بروتوكولات الاختبار الموحدة لحلف الناتو (2023)
يُبرز هذا المقارنة التفوق في صلابة كربيد البورون وخفته، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات عالية الأداء على الرغم من مقاومته المتعددة للضربات أقل قليلاً مقارنة بكربيد السيليكون.
حقيقة أن كربيد البورون خفيف جدًا تمنح الجنود فوائد حقيقية من حيث الحركة، على الرغم من وجود دائمًا تنازل بين سُمك الدروع اللازم لتقديم الحماية المناسبة. على سبيل المثال، يمكن للوحة كربيد بورون قياسية بسُمك 12 مم أن تتوقف تلك الرصاصات الضارة عيار 7.62 مم الناتو التي تسير بسرعة تقارب 840 مترًا في الثانية، ومع ذلك لا يتجاوز وزنها حوالي 2.1 كيلوجرام. وهذا في الواقع أخف بنسبة 35 بالمئة مقارنة باللوحات المماثلة المصنوعة من كربيد السيليكون. وقد أظهرت الاختبارات الميدانية العسكرية أمرًا مثيرًا أيضًا. فالجنود المجهزون بهذا النوع من المعدات يميلون إلى الاستجابة أسرع بنسبة 18% خلال القتال في الأماكن المغلقة داخل المدن. وهذا منطقي تمامًا، فعندما يعني الحمل بأوزان أقل تحركًا أفضل واستجابة أسرع في المواقف الضيقة حيث تعد كل ثانية مهمة.
كربيد البورون هو أحد تلك المواد الفائقة الصلابة، ويبلغ تسلسله حوالي 9.49 على مقياس موهس، مما يجعله متقدماً على معظم المواد الخزفية المستخدمة حالياً في دروع الجسم. ما يميز هذه المادة هو قدرتها الفعلية على تفتيت الرصاصات عند اصطدامها. حيث تُطبّق المادة قوى قص هائلة على أي جسم يتحرك بسرعة تزيد عن 850 متراً في الثانية. تشير الأبحاث إلى أن التركيب الذري لكربيد البورون يتعامل مع الطاقة الحركية بشكل أفضل أيضاً، إذ يشتت هذه الطاقة بفعالية تزيد بنسبة 23 بالمئة تقريباً مقارنة بكربيد السيليكون عند التعرض لرصاصات مضادة للدروع. وهذا يمنح المصنّعين تفوّقاً حقيقياً في تصميم الحماية، وهو أمر تم تأكيده مراراً وتكراراً خلال اختبارات.ballistic مركبة أجريت في مختبرات مختلفة عبر البلاد.
بمقاومة ضغط تبلغ 2.8 جيجا باسكال، تحافظ كربيد البورون على سلامتها الهيكلية أثناء التصادمات التي تستغرق جزءًا من الثانية والتي قد تشوه أو تحطم السيراميك الآخر. تتيح هذه المرونة للدرع أن يتحمل ضربات متتالية ضمن نصف قطر 5 سم دون فشل — وهي شرط أساسي لشهادة NIJ المستوى الرابع ضد التهديدات المضادة للدروع بعيار .30.
رغم أن مقاومة كربيد البورون للكسر (2.9 ميجا باسكال.متر) أقل من المعادن، إلا أن الشركات المصنعة تعالج ذلك من خلال تصاميم هندسية:
تحسّن هذه الابتكارات الأداء عند التعرض المتعدد للضربات بنسبة تصل إلى 40%، مما يعزز الموثوقية في الاستخدام العملي.
تعادل كربيد البورون التهديدات من خلال ثلاث مراحل متميزة:
يتيح هذا العملية التآزرية لصفيحة كربيد البورون بسمك 18 مم إيقاف رصاصات 7.62×51 مم من نوع الناتو مع وزن أقل بنسبة 35٪ مقارنة بالدروع الفولاذية المكافئة.
عندما يتعلق الأمر بإيقاف رصاصات الأسلحة الرشاشة عالية السرعة، فإن كربيد البورون يتميز حقًا، حيث يستوفي متطلبات المستوى III وفق معيار NIJ للرصاص المخترق عيار 7.62×39 مم، ويمتد إلى حدود المستوى IV ضد ذخيرة .30-06 APM2. وقد أظهرت الاختبارات المعملية أن حوالي 95 بالمئة من هذه المقذوفات من المستوى IV تتوقف تمامًا دون تشوه خلفي كبير. ما الذي يجعل هذا المعدن مميزًا مقارنة ببدائل مثل كربيد السيليكون؟ حسنًا، يوفر كربيد البورون نفس مستوى الحماية ولكنه أخف وزنًا بنسبة تتراوح بين 12 إلى 15 بالمئة. تُعدّ هذه الفروقات في الوزن مهمة جدًا عندما يحتاج العاملون في الميدان إلى حمل معداتهم طوال اليوم مع البقاء في مأمن من التهديدات النارية.
عندما تعمل القوات في مناطق تتعرض لتهديدات جسيمة، تُظهر التقارير الميدانية أن الدروع الواقية من الرصاص نجحت في إيقاف عدة رصاصات مثقبة للدروع دون فشل كامل. أظهرت الاختبارات أن ألواح كربيد البورون يمكنها إيقاف كل من رصاصات 5.56x45mm SS109 ورصاصات 7.62x54R BZ API الضارة التي تسير بسرعة تقارب 940 مترًا في الثانية. والأهم من ذلك، أن حوالي 98 من أصل كل 100 جندي ارتدوا هذا الحماية أبلغوا عن تعرضهم لإصابات أقل خطورة عند الإصابة. هذا النوع من الأداء يثبت حقًا فعالية كربيد البورون بالنسبة للجنود الذين يتحركون بسرعة في المدن حيث يمكن أن تأتي التهديدات من أي مكان وفي أي لحظة.
يؤدي كربيد البورون أداءً جيدًا في إيقاف المقذوفات عند التأثير الأولي، ولكن ما يحدث بعد ذلك يتطلب اهتمامًا جادًا من المهندسين. إن فحص البنية المجهرية يُظهر أمرًا مثيرًا للاهتمام: تنتشر الشقوق الصغيرة باتجاه الخارج بنسبة تتراوح بين 30 إلى 40 بالمئة تقريبًا مقارنة بأكسيد الألومنيوم. وهذا يُحدث فرقًا كبيرًا من حيث منع القطع الخطرة من الانفصال. وقد ركز الجيش مؤخرًا على تطوير أشكال بلاط أفضل وحواف أكثر قوة بين الألواح. وتعني هذه التحسينات أن الألواح الواقية ذات الشكل السداسي يمكنها الآن تحمل ثلاث طلقات من رصاص مضاد للدرع، متتالية ومتجاورة، وبمسافة تبلغ حوالي 5 سنتيمترات بينها. إنجاز مثير للإعجاب حقًا في علم المواد في الوقت الحالي.
يقلل الدروع المصنوعة من كربيد البورون من الوزن الكلي للنظام بنسبة حوالي 30٪ مقارنةً بالخيارات التقليدية من الصلب، ومع ذلك لا يزال يوفر حماية أفضل. كما أن الفوائد العملية مهمة جدًا أيضًا. يمكن للجنود التحرك أسرع بحوالي 18٪ على الأقدام، مما يحدث فرقًا كبيرًا في العمليات الميدانية. بالإضافة إلى ذلك، يبلغون عن شعورهم بتعب أقل بنسبة 22٪ بعد الانتشار لفترات طويلة، وهو أمر مهم جدًا خلال المهام الممتدة. حتى مع تغطية كاملة للجذع بوزن أقل من 4.5 كيلوجرام، فإن هذا المادة فعّالة جدًا لأنها تجمع بين كثافة منخفضة نسبيًا تبلغ 2.52 غرامًا لكل سنتيمتر مكعب وصلابة ممتازة تبلغ 9.6 على مقياس موهس. ويحصل أفراد الجيش على راحة طوال اليوم دون التضحية بأي مستوى من السلامة، مما يجعلها خيارًا ذكيًا لمعدات القتال الحديثة.
يُستخدم كربيد البورون عبر منصات الدفاع الحرجة:
| نوع النظام | تقليل الوزن | مستوى الحماية |
|---|---|---|
| درع الجسم التكتيكي | 35-40% | NIJ IV |
| دروع الطائرات المروحية | 28-32% | MIL-A-6620F |
| وحدات القيادة المتنقلة | 25-30% | STANAG 4569 L4 |
كما أن قدرته على امتصاص النيوترونات (بمقطع عرضي قدره 380 بارن) تجعله ذا قيمة في المركبات المقاومة للإشعاع النووي والدروع البحرية. وتُظهر الاختبارات الميدانية لمعدات الاستجابة السريعة انخفاضًا في وقت النشر بنسبة 72٪ بسبب تقليل الحمولة، مما يعزز بشكل أكبر فعالية الاستجابة التكتيكية.
اكتشف مختبر أبحاث الجيش شيئًا مثيرًا عندما قلّل وزن دروع المشاة من حوالي 7.1 كجم إلى 4.8 كجم فقط. فقد تمكن الجنود من الاستمرار لفترة أطول في الميدان، بزيادة تصل إلى نحو 38٪ تقريبًا. وأظهرت اختباراتهم التي استمرت ثلاثة أيام أمرًا آخر أيضًا - حيث انخفضت الأخطاء الناتجة عن التعب بشكل كبير، مع تقلص عدد الأخطاء بنسبة 61٪ تقريبًا. كما أصبح الجنود أكثر دقة في استهداف الأعداء بنسبة تقارب 20٪، حتى في الظروف شديدة التوتر على ساحة المعركة. فما السبب وراء ذلك؟ بالطبع، فإن انخفاض الوزن يقلل من العبء الجسدي عليهم، لكن عاملًا مهمًا آخر هو كمية الحرارة المتراكمة داخل المعدات. فالدرع الجديد يستخدم كربيد البورون الذي يتمتع بقدرة جيدة على توصيل الحرارة (حوالي 120 واط لكل متر كلفن، بالنسبة لأي شخص يهتم بهذه الأرقام). وهذا يعني أن الجنود يظلون أبرد بنحو درجتين أو ثلاث درجات مئوية مقارنةً بالدروع المعدنية القديمة خلال المعارك التي تنفجر فيها درجات الحرارة عادةً.
يحتل كربيد البورون المرتبة الثالثة من حيث الصلابة بقيمة تتراوح بين 38 و42 جيجا باسكال وفقًا لقياسات فيكرز، لكنه يعاني من ضعف حقيقي فيما يتعلق بمقاومة التصدع، والتي تتراوح بين 2.9 و3.7 ميجا باسكال جذر المتر. وهذا يعني أن المادة يمكن أن تفشل بسهولة نسبيًا بعد تعرّضها لعدة صدمات. وأظهرت بعض الاختبارات أن ألواح كربيد البورون العادية فقدت بالفعل حوالي 22% من قدرتها الواقية بعد ثلاث طلقات فقط من رصاصة مقاومة للدرع قياسية عيار 7.62×39 مم. وهذا أداء غير جيد بالنسبة لمادة يُفترض أن تكون من بين أكثر المواد متانةً في العالم. وقد استجابت الصناعة لذلك بإضافة طبقات من البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي جدًا خلف صفائح كربيد البورون. تساعد هذه الأنظمة الداعمة المصنوعة من (UHMWPE) في امتصاص الطاقة المتبقية من الصدمات، وتجعل النظام بأكمله أخف بنسبة 40% تقريبًا مقارنةً بحلول الدروع الفولاذية المماثلة.
تتجاوز تكاليف الإنتاج 1500 دولارًا أمريكيًا لكل متر مربع—أي ما يقارب ثلاثة أضعاف تكلفة أكسيد الألومنيوم—نتيجة لمتطلبات التلبيد: درجات حرارة تصل إلى 2200°م وضغط مستمر بقيمة 20 ميجا باسكال على مدى 8–12 ساعة. تقلل الطرق الناشئة مثل كربيد البورون المربوط بالتفاعل (RBB4C) من زمن المعالجة بنسبة 30%، رغم أن المحتوى الناتج البالغ 12% من السيليكون المعدني يقلل بشكل طفيف من الأداء الحربي.
تم التغلب إلى حد كبير على المخاوف الأولية بشأن الحساسية البيئية من خلال الاختبارات الميدانية:
هذه النتائج تؤكد ملاءمة كربيد البورون للنشر العالمي عبر مناخات متنوعة.
يقوم الباحثون بدمج أسلاك نانوية كربيد السيليكون بحجم 2–5 نانومتر في مصفوفات كربيد البورون، مما يعزز متانة الكسر إلى 4.1–5.2 ميجا باسكال.متر—بزيادة قدرها 40٪—دون زيادة الكثافة. حقق نموذج أولي لعام 2024 مزود بطبقات أكسيد الجرافين قدرةً على التحمل المتعدد للضربات بنسبة 18٪ أعلى ضد رصاصات 5.56×45 مم ناتو، ما يشير إلى تقدم واعد في دروع الجيل القادم.
تستفيد التصاميم المتطورة من صلابة سطح كربيد البورون في التكوينات الطبقية:
| طبقة | المادة | السماكة | وظيفة |
|---|---|---|---|
| الوجه الضارب | كربايد البورون | 5-6 مم | تحطيم نواة المقذوف |
| الطبقة الوسطى | كربيد السيليكون | 3-4MM | امتصاص الطاقة المتبقية |
| الدعم | الـ UHMWPE | 15-20MM | الإمساك بالشظايا |
تلبي هذه الأنظمة المتدرجة حماية المستوى الرابع وفق معايير NIJ وبكثافة 4.3 كجم/م² فقط—أي أخف بنسبة 28٪ من اللوحات الخزفية الصلبة—وتُقدِّم أداءً مُحسَّناً من خلال دمج استراتيجي للمواد.
EN
