Өнөөгийн дайн талбайн нөхцөлд цэргүүдийн хувангад зориулж шилдэг хамгаалалттай, харин жин багатай хуванг хэрхэн сонгох нь чухал болдог. 2023 онд цэвэршүүлэгчид явуулсан судалгаагаар ойрын тавнаас дөрвөн нь сумыг тогтоож чадах, гэхдээ илүү хөнгөн цэргийн хуванг хайж байгаа тусгай хүчин багууд юм. Шалтгаан нь юу вэ гэвэл бодит амьдрал дахь даалгаварууд нь цэргүүдийн газар нутаг дээр хэр хурдан нүүж чадах эсэхээс шалтгаалдаг. Илүү хүнд хэрэгсэл нь тэдний хурдыг удаашруулдаг тул аюул гарах үед удаан хариу үйлдэл үзүүлдэг. Хөнгөн хувангийн тусламжтайгаар тэд булаан халдлагаас амь гарч, даалгавраа амжилттай гүйцэтгэхэд хангалттай хөнгөн ачаалалтай байж чаддаг.
Борын карбид нь куб сантиметр тутамд ойролцоогоор 2.52 грамм жинтэй байдаг тул алюминийгаас ойролцоогоор 15 хувийн хөнгөн байдаг. Энэ материал ашиглан хийсэн цэргийн машин болон хамгаалалт нь энгийн гангийнхаас 30-40 хувиар хөнгөвчирдөг. Энэ давуу талын шалтгаан нь материал бүтцийн онцлогт оршдог. Бор ба нүүрстөрөгчийн атомууд кристаллын бүтцэд маш хүчтэй холбоо үүсгэж, хүндийг багасган өндөр хатуулагийг хадгалдаг. Цэргийн машинууд зэвсэгтэй туршилтын үеэр цөлөн нөхцөлд борын карбид хавтанг суулгахад сүүлийн үеийн материал судалгааны дагуу хуучин хамгаалалтын системтэй харьцуулахад хөдөлгөөний чадвар нь ойролцоогоор 22 хувиар сайжирсан байна.
| Чадвар | Борын Карбид | Silicon Carbide | Цинхэр эрмэлзээт |
|---|---|---|---|
| Данс (г/см³) | 2.52 | 3.21 | 3.97 |
| Хатуулаг (ГПа) | 36 | 24 | 18 |
| Сорох бөмбөгийн чиглэл өөрчлөлт | 92% | 85% | 78% |
| Олон удаагийн дээгүүр нисэх чадвар | 87% | 91% | 82% |
НАТО-ын стандартжуулсан туршилтын аргачлалаар цэгцлэсэн баллистик үзүүлэлт (2023)
Энэ харьцуулалт нь борын карбидын шилмэлтийн болон жингийн давуу талыг онцолсон бөгөөд цахиурлын карбидтай харьцуулахад олон дахин цохилтын эсэргүүцэл нь арай доогуур байгаа хэдий ч өндөр үзүүлэлттэй хэрэглээнд түүнийг тохиромжтой болгож байна.
Борын карбид хөнгөн байх нь цэргүүдэд жинхэнэ хөдөлгөөний давуу талыг олгоно. Гэсэн хэдий ч хамгаалалтын зориулалтаар хангалттай хамгаалахын тулд дэвсгэр ямар зузаан байх ёстой вэ гэдэгт үргэлж тодорхой харьцаа байдаг. Жишээ нь, стандарт 12 мм-ийн борын карбидан хавтанг авч үзье. Энэ нь ойролцоогоор секундэд 840 метр хурдтай 7.62 мм-ийн НАТО-ын сумыг ч зогсоож чадах боловч зөвхөн ойролцоогоор 2.1 кг жинтэй байдаг. Энэ нь цахиурлын карбидээр хийсэн ижил төстэй хавтангаас 35 хувийн хөнгөн байдаг. Цэргийн талбайн шалгуунаас сонирхолтой зүйл гарч ирсэн. Энэ төрлийн тоног төхөөрөмжтэй цэргүүд хотын нүүр тус нүүртэй тулаанд оролцох үед 18 хувиар илүү хурдан урвал үзүүлдэг. Биеийн ачаалал бага байх нь таны хөдөлгөөн сайжрах, хязгаарлагдмал зай дахь нөхцөлд илүү хурдан урвал үзүүлэх боломжийг олгодог тул энэ логиктой.
Борын карбид нь Моосын хэмжээсээр ойролцоогоор 9.49 байх чигтэй, эдгээр давхар хатуу материалуудын нэг бөгөөд одоогийн үед цэргийн бронь хувцасанд ашигладаг керамик материалыг бараг бүгдийг нь давуу талтай байдаг. Энэ материал яг юунаас болоод онцлог нь сум түүнд тусах үед жинхэнэдээ задалдагт оршдог. Материал нь секундэд ойролцоогоор 850 метрээс илүү хурдтай юмсыг маш их харимхайн хүчээр нөлөөлдөг. Судалгаа нь борын карбидын атомын бүтэц нь кинетик энергийг илүү сайн зохицуулдаг бөгөөд силикийн карбидтай харьцуулахад тусгаарлагчийн төвөгтэй сумыг илүү 23 хувиар үр дүнтэйгээр тарааж чаддаг гэдгийг харуулсан. Энэ нь үйлдвэрлэгчдэд хамгааллын загварчлалд бодит давуу тал өгдөг бөгөөд улсын хэмжээнд лабораторийн нийлмэл баллистик тестүүдийн үеэр дахин дахин батлагдсан.
2.8 ГПа-ийн шахалтын бат бэхийн хүчтэй борын карбид нь миллисекундын түвшиндхийгдэх мөргөлдөөнд бусад керамикийг деформаци болон хагаруулж болох түвшинд бүтцийн бүрэн байдлыг хадгалдаг. Энэ тэсвэрт чанар нь цэргийн хамгаалалтад 5 см радиус доторх дараалсан сумын эсрэг гэмтэлгүй тэсвэрлэх боломжийг олгоно — .30 калибрь бронь хагнуур зэвсэгтэй харьцахад NIJ IV түвшний баталгаажуулалтын чухал шаардлага юм.
Борын карбидын хагарлын тэсвэрт чанар (2.9 МПа·м) нь металлтай харьцуулахад бага байдаг ч, үйлдвэрлэгчид инженерийн загварчлалаар үүнийг арилгадаг:
Эдгээр инновацинууд нь олон удаагийн мөргөлдөөний үзүүлэлтийг хүртэл 40%-иар сайжруулж, бодит амьдрал дахь ашиглалтын найдвартай байдлыг дээшлүүлдэг.
Борын карбид нь гурван ялгаатай үе шатын тусламжтайгаар эрсдэлийг ангижруулдаг:
Энэ хамтын үйл явц нь 18 мм зузаан бор карбид хавтанг 7.62×51 мм NATO-ийн сумыг зогсоох боломжийг олгох бөгөөд ижил хэмжээний ган хамгаалалтаас 35% хөнгөн байдаг.
Өндөр хурдтай бууны сумыг зогсооход борын карбид нь 7.62x39 мм-ийн гүйцэтгэвэр сум, мөн .30-06 APM2 баллистик амьсгалын эсрэг NIJ III түвшний шаардлагыг хангаснаар онцлог болдог. Лабораторийн туршилтууд нь Level IV түвшний дунд ойролцоогоор 95 хувь нь ухарч буйг харуулсан ба арагшаа муруйдлуу ч өчүүхэн бага байдаг. Цахиур карбид зэрэг өөр сонголтуудтай харьцуулахад энэ материал юунаас болоод ийм ялгаатай юм бэ? Борын карбид нь ижил хамгаалалтын түвшинтэй боловч жингээрээ ойролцоогоор 12-15 хувиар хөнгөн байдаг. Энэ жингийн зөрүү нь талбайн ажилтан бөмбөгийн эсрэг аюулгүй байдлыг хангаж өдөр тутамдаа тоног төхөөрөмжөө зөөх үед маш их ач холбогдолтой.
Цэргүүд хүндэтгэлтэй ноцох эрсдэл бүхий бүс нутагт ажиллаж байх үед талын тайлангууд нь биеийн хамгаалалт нь хямарсан байдлаар олон тооны цомхотгох сумыг амжилттай саатуулсан гэж зааж өгсөн. Шинжилгээний үр дүнгээр борын карбидын хавтангийн 5.56x45 мм-ийн SS109 сум болон ойролцоогоор 940 метр/сек хурдтай нисч буй 7.62x54R BZ API сумыг хоёуланг нь саатуулж чаддаг байсан. Хамгийн чухал нь энэ хамгаалалт зүүсэн цэргийн 100-иас 98 нь суманд өртсөн ч ихэвчлэн илүү бага гэмтэл авсан гэж мэдээлсэн. Ийм үзүүлэлт нь хотын дундуур шуурхай хөдөлж буй цэргүүдийн хувьд яагаад борын карбид ийм сайн ажилладагийг баталж үзүүлсэн.
Борын карбид нь анхны дайралтанд бөмбөгийг зогсооход сайн ажилладаг боловч дараа нь юу болохыг инженерүүдэд илүү ихээр анхаарах шаардлагатай болгодог. Микроструктурыг судлахад харьцангуй 30-40 хувийн хурдаар цоорхойнууд аллюминийн оксидтой харьцуулахад илүү удаан тархдаг гэсэн сонирхолтой зүйл гарч ирсэн. Энэ нь аюултай хэсгүүд хугарч гарахаас сэргийлэхэд томоохон ялгааг оруулдаг. Цэргийн хүчин сүүлийн үед илүү сайн хэлбэртэй плит, мөн плитний ирмэгүүдийг илүү бат жинтэй болгох ажил хийж байна. Эдгээр сайжруулалтаар одоо зургаан өнцөгт хэлбэртэй бронь хальс нэг нэгэндээ ойролцоогоор 5 см зайтайгаар хоорондоо гурван удаа пуран бөмбөгөөр дайралт хүлээж чаддаг болсон. Одоогийн үед материал судлалын хувьд энэ бол маш гайхамшигтай амжилт юм.
Борон карбидээр хийсэн бронь нь традициональ цайр, гангуудтай харьцуулахад нийт системийн жинг ойролцоогоор 30%-иар багасгаж, илүү сайн хамгаалалт үзүүлдэг. Бодит амьдрал дахь давуу талууд мөн их чухал байдаг. Цэргүүд нь газар дээр ойролцоогоор 18%-иар хурдан шилжих боломжтой бөгөөд энэ нь талбайн үйл ажиллагаанд ихээхэн ялгаа гаргадаг. Их хугацааны ажиллагааны дараа уналт нь ойролцоогоор 22%-иар багасч, удаан үргэлжлэх даалгавруудын үеэр ихэвчлэн чухал ач холбогдолтой байдаг. Нийт дунд хэсгийг хамарсан бүрхүүл 4.5 кг-аас бага жинтэй байх эдгээр материал нь куб см тутамд 2.52 граммын харьцангуй бага нягт, МОХ-ын масштабоор 9.6-н гайхалтай хатуулаг байдал хослуулснаар маш сайн ажилладаг. Цэргийн ажилтан бүхэл өдрийн турш аюулгүй байдлыг алдагдуулахгүйгээр амар амгалан байдаг тул орчин үеийн тэмцэлтийн хувцасны хувьд ухаалаг сонголт болдог.
Борон карбид нь шийдвэрчиг хамгаалалтын платформуудад өргөнөөр ашигладаг:
| Системийн төрөл | Жингийн бууралт | Хамгаалалтын түвшин |
|---|---|---|
| Хүчирхэг цахилгаан бронежилт | 35-40% | NIJ IV |
| Нисдэг машинийн бронь | 28-32% | MIL-A-6620F |
| Гар утасны удирдлагын багц | 25-30% | STANAG 4569 L4 |
Нейтроныг шингээх чадвар (380 барны огтлол) нь цөмийн зэвсэгт тэргэнд болон далайн хамгаалалтанд чухал ач холбогдолтой болгодог. Түргэн урвалын тоног төхөөрөмжийн талбайн шалгалтаас бага ачаалалтай байснаас болж суурилуулах хугацаа 72%-иар богиносож, тактикийн урвалыг илүү их сайжруулж байгаа нь харагдаж байна.
Армийн судалгааны лаборатори нь пехотын хамгаалалтын хувцсын жинг ойролцоогоор 7.1 кг-с зөвхөн 4.8 кг хүртэл бууруулахад сонирхолтой зүйлийг илрүүлжээ. Цэргүүд талбайд илүү удаан ажиллах боломжтой болсон бөгөөд жинхэнэдээ ойролцоогоор 38% илүү цаг ажилласан. Гурван өдрийн туршид хийсэн туршилтууд нөгөө нэг зүйлийг харуулсан - ядарч сульдсаны улмаас гарах алдаа мэдээж ихэд буурсан бөгөөд нийтдээ ойролцоогоор 61% бага алдаа гарсан. Түүнчлэн, талбайд хэт их стресстэй нөхцөлд ч гэсэн зорчих цэргүүдийн наад зах нь 20% илүү нарийвчлалтай болсон. Энэ яагаад болдог юм бол? Эндээс физик ачаалал багасч байгаа нь мэдээж, гэхдээ нөгөө чухал хүчин зүйл бол тоног төхөөрөмжийн доторх дулаан хуримтлагдах хэмжээ юм. Шинэ хамгаалалтын хувцас нь дулаан сайн дамжуулдаг (хэрэв хэн нэгэн эдгээр тоонуудад сонирхолтой бол метр Кельвинд ойролцоогоор 120 Вт) борон карбид ашигладаг. Үүний дүнд тулааны үед температур ердийнхөөсөө ихсэх үед хуучин металл хамгаалалттай харьцуулахад цэргүүдийн биеийн температур ойролцоогоор 2-3°C-аар бага байна.
Виккерсын хэмжилтийн дагуу бор карбид нь ойролцоогоор 38-42 ГПа хатшилттай бөгөөд хатшилтын хувьд гурав дахь байранд байдаг ч хагнашгай байдлын хувьд ихэвчлэн сул талтай байдаг. Түүний хагнашгай байдал нь 2.9-3.7 МПа·√м хооронд байдаг. Энэ нь материал нь хэд хэдэн удаа мөргөлдсөний дараа хялбархан гэмтэж болохыг харуулж байна. Зарим туршилтуудад энгийн бор карбидын плитнүүд зөвхөн стандарт 7.62x39 мм панцерт бөмбөгийн гурван сумын дараа хамгаалах чадвараасаа ойролцоогоор 22% алдсан байна. Энэ нь дэлхийн нэг хамгийн төвөгтэй материалуудын нэг гэж үздэг зүйлд маш сайн үзүүлэлт биш юм. Үйлдвэрлэлийн салбар нь бор карбидын хавтангуудын ард маш өндөр молекул масс бүхий полиэтилен (UHMWPE) давхаргуудыг нэмснээр хариу үйлдэл үзүүлсэн. Эдгээр UHMWPE-ийн дэмжлэгийн системүүд нь мөргөлдөөний үлдсэн энергиийг шингээхэд тусалдаг бөгөөд цагаан тугалганы аналог хамгаалалттай харьцуулахад бүтээгдэхүүний жинг ойролцоогоор 40% хөнгөвчилдөг.
Шахмалжуулах явцад шаардагдах харилцааны температур (2,200°C) ба даралт (20MPa)-г 8–12 цагийн турш тогтвортой хадгалах шаардлагаас болж нэг квадрат метрийн үйлдвэрлэлийн зардал 1,500 ам.долларыг давж, энэ нь алюминийн оксидынхаас бараг гурвалсан дахин илүү юм. Урвалын замаар холбогдсон борын карбид (RBB4C) зэрэг шинэ аргууд нь боловсруулалтын хугацааг 30%-иар бууруулдаг ч гарган авч буй материалд 12% хэмжээний металлын цахиур агуулагдаж, цэргийн техникийн үзүүлэлтийг бага зэрэг бууруулдаг.
Орчны нөхцөлд мэдрэг байдалтай холбоотой анхны асуудлууд нь талбайн туршилтаар ихэвчлэн тайлбарлагдсан:
Эдгээр үр дүнгээр борын карбидыг цаг агаарын олон янзын нөхцөл байдарт даяар ашиглах боломжтойг баталдаг.
Эрдэм шинжилгээнийхэн 2–5нм хэмжээт цахиур карбидын нано утсыг борын карбидын матриц дотор нэвтрүүлснээр хугарлын тэсвэрт чадлыг 4.1–5.2 MPa·m хүртэл, өөрөөр хэлбэл 40%-иар сайжруулсан боловч нягт нь ихсээгүй. Графены оксидын давхагтай 2024 оны загвар нь 5.56×45 мм NATO сумын эсрэг дахин дахин онох чадварыг 18%-иар нэмэгдүүлсэн бөгөөд ирээгийн үеийн цэргийн хамгааллын системийн хувьд амлалттай дэвшил хангасан.
Хөгжүүлэгдсэн загварууд нь борын карбидын гадаргын хатуу байдлыг давхар бүтэцтэйгээр ашигладаг:
| Давхарга | Материал | Зузаан | Функц |
|---|---|---|---|
| Шууд онгоцны толгой | Борын Карбид | 5-6 мм | Сумны цөмийг жигнэх |
| Дундаж түгээлийн хэсэг | Silicon Carbide | 3-4мм | Үлдэгдэл энерги болон хүчийг шингээх |
| Дор холбогч | UHMWPE | 15-20 мм | Хэсгийн задралыг барих |
Ийм ангилалтат системүүд зөвхөн 4.3 кг/м² жинд NIJ IV түвшний хамгаалалтыг хангаж, цэргийн монолит керамик хавтангаас 28% хөнгөн байдаг тул материалуудыг зорилготойгоор интеграцижүүлснээр үр дүнтэй ажиллаж чаддаг.
EN
