आजच्या लढाईच्या परिस्थितीत, सैनिकांना अशा आर्मरची आवश्यकता असते जी उत्तम संरक्षण देते आणि वजन कमी ठेवते. 2023 मधील रक्षण तज्ञांच्या अहवालानुसार, प्रत्येक पाचपैकी चार विशेष दलांच्या गटांना प्रभावीपणे गोळ्या अडवणाऱ्या हलक्या शरीर संरक्षणाच्या पर्यायांची आवश्यकता आहे. कारण काय? खर्या मोहिमांमध्ये सैनिकांच्या भौगोलिक प्रगतीच्या वेगावर अवलंबून असते. जड सामग्री त्यांना मंद करते, ज्यामुळे परिस्थिती बिघडल्यास प्रतिसाद देण्यास उशीर होतो. हलक्या कवचामुळे ते लवचिक राहू शकतात, ज्यामुळे ते लपून वाट काढणाऱ्या हल्ल्यातून वाचू शकतात आणि यशस्वीरित्या आपले उद्दिष्ट साध्य करू शकतात.
बोरॉन कार्बाइडचे घनता सुमारे 2.52 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर इतके असते, ज्यामुळे ते अॅल्युमिनियमपेक्षा सुमारे 15 टक्के हलके असते. या सामग्रीपासून बनवलेले कवच सामान्य स्टील कवचाच्या तुलनेत 30 ते 40 टक्के कमी वजनाचे असते. या फायद्याचे कारण म्हणजे सामग्रीची रचना. बोरॉन आणि कार्बन अणू क्रिस्टल संरचनेत खूप मजबूत बंधने तयार करतात, ज्यामुळे आम्हाला अद्भुत बल मिळते आणि वजन कमी ठेवता येते. नुकत्याच झालेल्या सामग्री अभ्यासानुसार, नियतकालिक परिस्थितीत चाचणी दरम्यान सैन्याच्या वाहनांनी बोरॉन कार्बाइड प्लेट्स वापरल्यावर जुन्या कवच प्रणालींच्या तुलनेत त्यांची गतिशीलता सुमारे 22% ने सुधारली.
| गुणवत्ता | बोरॉन कार्बाइड | सिलिकॉन कार्बाईड | अल्युमिनियम ऑक्साईड |
|---|---|---|---|
| घनता (ग्रॅम/सेमी³) | 2.52 | 3.21 | 3.97 |
| कठिणता (GPa) | 36 | 24 | 18 |
| प्रक्षेप्य विक्षेप | 92% | 85% | 78% |
| अनेक वेळा मारा सहन करण्याची क्षमता | 87% | 91% | 82% |
NATO च्या मानकीकृत चाचणी प्रोटोकॉल्स (2023) नुसार बॅलिस्टिक कामगिरीचे डेटा
ही तुलना बोरॉन कार्बाइडच्या उत्कृष्ट कठोरता आणि हलकेपणावर प्रकाश टाकते, ज्यामुळे सिलिकॉन कार्बाइडपेक्षा बहु-हिट प्रतिकार कमी असला तरीही उच्च कार्यक्षमतेच्या अनुप्रयोगांसाठी ते आदर्श बनवते.
बोरॉन कार्बाइड हे इतके हलके असण्याचा फायदा असा आहे की सैनिकांना खरी मोबिलिटी मिळते, तरीही योग्य संरक्षणासाठी कवचाची जाडी किती असावी याचा विचार करताना एक तडजोड करावी लागते. उदाहरणार्थ, 12 मिमी बोरॉन कार्बाइड प्लेट दर्शविता येईल, जी सुमारे 840 मीटर प्रति सेकंद वेगाने जाणाऱ्या त्रासदायक 7.62 मिमी नाटो गोळ्या थोपवू शकते, तर तिचे वजन अंदाजे 2.1 किलोग्राम इतके असते. हे सिलिकॉन कार्बाइडपासून बनवलेल्या समान प्लेट्सच्या तुलनेत खरोखर 35 टक्के हलके आहे. सैन्याच्या मैदानी चाचण्यांमध्येही एक आश्चर्यकारक गोष्ट दिसून आली आहे. अशा साधनसुमानांनी सुसज्ज असलेले सैनिक शहरातील जवळच्या लढाईत सुमारे 18 टक्के अधिक गतीने प्रतिक्रिया देतात. हे तर्कसंगत आहे, कारण शरीरावर कमी वजन घेऊन चालणे म्हणजे अशा तिरपालेल्या परिस्थितीत, जिथे प्रत्येक सेकंद महत्त्वाचा असतो, तिथे तुम्ही चांगले हालचाल करू शकता आणि अधिक वेगाने प्रतिक्रिया देऊ शकता.
बोरॉन कार्बाइड हे अतिशय कठीण पदार्थांपैकी एक आहे, जे मोहस पैमान्यावर सुमारे 9.49 वर आहे, ज्यामुळे ते आजकाल बॉडी आर्मरसाठी वापरल्या जाणाऱ्या बहुतेक सर्व सिरॅमिक पदार्थांपेक्षा पुढे आहे. गोळ्या आदळल्यावर ते खरोखरच कसे तुकडे होतात यामुळे हा पदार्थ इतका विशेष आहे. 850 मीटर प्रति सेकंदापेक्षा जास्त वेगाने जाणाऱ्या कोणत्याही गोष्टीवर हा पदार्थ अतिशय जोरदार अपघर्षण बल लावतो. संशोधनात असे दिसून आले आहे की बोरॉन कार्बाइडची अणुरचना गतिज ऊर्जेची हाताळणी देखील चांगल्या प्रकारे करते, कठोर कवचभेदी गोळ्यांचा सामना करताना सिलिकॉन कार्बाइडच्या तुलनेत ती लगभग 23 टक्के अधिक प्रभावीपणे पसरवते. यामुळे उत्पादकांना संरक्षण डिझाइनमध्ये खरोखरच आगळेपण येते, जे देशभरातील प्रयोगशाळांमध्ये वारंवार झालेल्या वास्तविक संयुक्त बॅलिस्टिक चाचण्यांमध्ये पुन्हा पुन्हा पुष्टी करण्यात आले आहे.
2.8 GPa संपीडन ताकदीमुळे, बोरॉन कार्बाइड मिलीसेकंदाच्या प्रभावांदरम्यान संरचनात्मक अखंडता राखतो ज्यामुळे इतर सिरॅमिक्स विकृत किंवा फुटतात. ही प्रतिकारशक्ती कवचाला 5 सेमी त्रिज्येच्या आत असलेल्या लगातर टोल्यांना अपयशाशिवाय सहन करण्यास सक्षम करते—NIJ लेव्हल IV प्रमाणपत्रासाठी .30 कॅलिबर अँटी-आर्मर पियरसिंग धोक्यांविरुद्ध ही एक अनिवार्य आवश्यकता आहे.
बोरॉन कार्बाइडची फ्रॅक्चर टफनेस (2.9 MPa·m) धातूंपेक्षा कमी असली तरी, उत्पादक अभियांत्रिकीय डिझाइनद्वारे यावर मात करतात:
या नाविन्यपूर्ण उपायांमुळे बहु-हिट कामगिरीत 40% पर्यंत सुधारणा होते, ज्यामुळे वास्तविक वापरात विश्वासार्हता वाढते.
बोरॉन कार्बाइड तीन वेगवेगळ्या टप्प्यांमधून धोके निष्क्रिय करतो:
ही सहकार्यपूर्ण प्रक्रिया 18 मिमी जाड बोरॉन कार्बाइड प्लेटला 7.62×51 मिमी नाटो गोळ्या थांबवण्याची परवानगी देते, जी समतुल्य स्टील कवचापेक्षा 35% कमी वजनाची असते.
उच्च-वेग रायफल गोळ्या थांबवण्याच्या बाबतीत, बोरॉन कार्बाइड खरोखरच उभे राहते, कारण ते 7.62x39mm कवच-भेदी गोळ्यांसाठी NIJ स्तर III आवश्यकता पूर्ण करते आणि .30-06 APM2 गोळ्यांविरुद्ध स्तर IV मानदंडापर्यंत पोहोचते. प्रयोगशाळेतील चाचण्यांमध्ये दाखवण्यात आले आहे की त्या स्तर IV च्या गोळ्यांपैकी सुमारे 95 टक्के पूर्णपणे थांबवल्या जातात आणि मागील बाजूचे विकृतीकरणही फारसे होत नाही. सिलिकॉन कार्बाइड सारख्या पर्यायांच्या तुलनेत ही सामग्री इतकी विशेष का आहे? बोरॉन कार्बाइड समान संरक्षण पुरवते पण त्याचे वजन सुमारे 12 ते 15 टक्क्यांनी कमी असते. जेव्हा क्षेत्र कर्मचाऱ्यांना दिवसभर त्यांचे सामान वाहून घेऊन बंदूकीच्या धोक्यापासून सुरक्षित राहणे आवश्यक असते तेव्हा हा वजनाचा फरक महत्त्वाचा असतो.
जेव्हा जवान गंभीर धोक्याच्या प्रदेशात कार्यरत असतात, तेव्हा फील्ड अहवालांमध्ये दिसून आले आहे की बॉडी आर्मरने अनेक कवचभेदी गोळ्या पूर्णपणे अपयशी न होता यशस्वीरित्या थांबवल्या आहेत. चाचण्यांमधून असे दिसून आले की 940 मीटर प्रति सेकंद इतक्या वेगाने येणाऱ्या 5.56x45mm SS109 गोल्या आणि 7.62x54R BZ API गोल्या बोरॉन कार्बाइड प्लेट्सद्वारे थांबवता येतात. सर्वात महत्त्वाचे म्हणजे, प्रत्येक 100 पैकी अंदाजे 98 सैनिकांनी ही संरक्षणे घातल्यानंतर गोली लागल्यास कमी जखमी झाल्याचे नमूद केले. शहरांमध्ये वेगाने हलणाऱ्या सैनिकांसाठी धोके कोणत्याही क्षणी कोणत्याही दिशेने येऊ शकतात, या प्रकारच्या कामगिरीमुळे बोरॉन कार्बाइडचे महत्त्व खरोखरच सिद्ध होते.
बोरॉन कार्बाइड प्रथम धक्का असताना प्रक्षेप्यांना थांबवण्याचे एक चांगले काम करते, परंतु त्यानंतर काय होते याकडे अभियंत्यांनी गांभीर्याने लक्ष देणे आवश्यक आहे. सूक्ष्मरचना निरीक्षण केल्यास एक मनोरंजक गोष्ट दिसून येते: अॅल्युमिनियम ऑक्साइडच्या तुलनेत त्या लहान फुटण्या बाहेरच्या दिशेने सुमारे 30 ते 40 टक्के अंदाजे कमी वेगाने पसरतात. धोकादायक तुकडे तुटून पडण्यापासून रोखण्यासाठी हे खरोखरच मोठा फरक करते. सैन्याने नुकतेच चांगल्या टाइल्सच्या आकारावर आणि टाइल्समधील मजबूत धारांवर काम केले आहे. या सुधारणांमुळे आता षट्कोनीय आकाराच्या कवच पॅनेल्स एकमेकांना जवळ जवळ 5 सेंटीमीटर अंतरावर असलेल्या कवचभेदी गोळ्यांचे लगात्तडीचे तीन धक्के सहन करू शकतात. आजच्या सामग्री विज्ञानासाठी हे खरोखर अभिमानास्पद आहे.
बोरॉन कार्बाइडपासून बनवलेले कवच पारंपारिक स्टील पर्यायांच्या तुलनेत सिस्टमचे एकूण वजन अंदाजे 30% कमी करते, तरीही चांगले संरक्षण प्रदान करते. वास्तविक जगातील फायदे देखील खूप महत्त्वाचे आहेत. सैनिक आपल्या पायावर अंदाजे 18% जलद गतीने हलू शकतात, जे मैदानी कारवाईत सर्व काही बदलू शकते. तसेच, लांब प्रमाणातील तैनातीनंतर ते अंदाजे 22% कमी थकवा जाणवतो असे सांगतात, जे त्या लांब प्रमाणातील मोहिमांमध्ये खूप महत्त्वाचे असते. 4.5 किलोग्रामपेक्षा कमी वजन असलेल्या पूर्ण धड्याच्या संरक्षणासह, हे सामग्री इतके प्रभावी कार्य करते कारण त्याचे घनत्व 2.52 ग्रॅम प्रति घन सेंटीमीटर इतके कमी असून मोहस पायमाऱ्यावर 9.6 इतकी भरघोस कठोरता आहे. सैन्याच्या कर्मचाऱ्यांना सुरक्षिततेच्या कोणत्याही स्तराची बलिदान न देता दिवसभराचा आराम मिळतो, ज्यामुळे आधुनिक लढाऊ सामग्रीसाठी हा एक बुद्धिमान पर्याय बनतो.
बोरॉन कार्बाइड महत्त्वाच्या संरक्षण मंचांवर कार्यरत आहे:
| सिस्टम प्रकार | वजन कमी होणे | संरक्षण स्तर |
|---|---|---|
| तक्तिकल शरीर आर्मर | 35-40% | NIJ IV |
| हेलिकॉप्टर कवच | 28-32% | MIL-A-6620F |
| मोबाइल कमांड युनिट्स | 25-30% | स्टॅनॅग 4569 एल4 |
त्याची न्यूट्रॉन शोषण क्षमता (380 बार्न्स क्रॉस-सेक्शन) नाभिकीय-हार्डन केलेल्या वाहनांमध्ये आणि समुद्री कवचामध्ये त्याला मौल्यवान बनवते. झपाट्याने प्रतिसाद देणाऱ्या साधनांच्या मैदानी चाचण्यांमध्ये कमी भार कारणास्तव 72% अधिक त्वरित तैनाती दर्शविली गेली, ज्यामुळे तात्काळ प्रतिसाद देण्याची क्षमता आणखी वाढली.
सैनिक कवचाचे वजन सुमारे 7.1 किलोपासून फक्त 4.8 किलोपर्यंत कमी केल्यानंतर सैन्य संशोधन प्रयोगशाळेला एक मनोरंजक गोष्ट आढळली. सैनिक खरोखरच सुमारे 38% अधिक वेळ तळात जास्त काम करू शकले. तीन दिवसांच्या त्यांच्या चाचण्यांमध्ये आणखी एक गोष्ट दिसून आली - थकव्यामुळे होणाऱ्या चुका खूप कमी झाल्या, एकूण मिळून सुमारे 61% कमी चुका झाल्या. आणि लढाईच्या मैदानावर परिस्थिती खूप तणावपूर्ण असतानाही सैनिकांनी लक्ष्यावर निशाणा साधण्याची अचूकता सुमारे 20% ने वाढली. हे का होते? चांगले, स्पष्टपणे त्यांच्या शारीरिक भारावर कमी वजन ओढत आहे, पण आणखी एक मोठा घटक म्हणजे उपकरणांच्या आत उष्णता किती जमा होते. नवीन कवचामध्ये बोरॉन कार्बाइड वापरले जाते जे उष्णता बरीच चांगली दूर करते (जर कुणाला त्या संख्यांमध्ये रस असेल तर सुमारे 120 W प्रति मीटर केल्व्हिन). याचा अर्थ असा की लढाईच्या वेळी तापमान सामान्यतः वाढत असताना जुन्या धातूच्या कवचाच्या तुलनेत सैनिक सुमारे 2 किंवा 3 अंश सेल्सिअसने थंड राहतात.
विकर्स मोजमापांनुसार बोरॉन कार्बाइडची कठोरता सुमारे 38 ते 42 GPa इतकी असून ती कठोरतेच्या बाबतीत तिसऱ्या स्थानावर आहे, परंतु फ्रॅक्चर टफनेसच्या बाबतीत तिची खरी कमकुवत जागा आहे, जी 2.9 ते 3.7 MPa मूल मीटर दरम्यान आहे. याचा अर्थ असा की सातत्याने धक्के बसल्यानंतर ही सामग्री सहजपणे अयशस्वी होऊ शकते. काही चाचण्यांमध्ये दिसून आले की एका मानक 7.62x39mm बुलेटपासून संरक्षण करणाऱ्या नियमित बोरॉन कार्बाइड टाइल्सना फक्त तीन गोळ्यांनंतर सुमारे 22% संरक्षण क्षमता गमवली. हे जगातील एका कठोर सामग्रीसाठी फारसे चांगले प्रदर्शन नाही. उद्योगाने बोरॉन कार्बाइड प्लेट्सच्या मागे अल्ट्रा-हाय मॉलिक्युलर वेट पॉलिएथिलीनच्या स्तरांची भर घातली आहे. हे UHMWPE बॅकिंग सिस्टम धक्क्यांपासून उर्वरित ऊर्जा शोषून घेण्यास मदत करतात आणि समतुल्य स्टील आर्मर सोल्यूशन्सपेक्षा संपूर्ण पॅकेज सुमारे 40% हलके ठेवतात.
सिंटरिंगच्या गरजेमुळे प्रति चौरस मीटर 1,500 डॉलर्सपेक्षा जास्त उत्पादन खर्च आहे—अॅल्युमिनियम ऑक्साइडच्या लगभग तिप्पट—: 2,200°C तापमान आणि 8–12 तासांसाठी 20MPa दाब. प्रतिक्रिया-बाँडेड बोरॉन कार्बाइड (RBB4C) सारख्या उदयोन्मुख पद्धती 30% वेळ कमी करतात, परंतु निर्माण होणारा 12% धातूयुक्त सिलिकॉन थोडाफार बॅलिस्टिक कामगिरीत घट करतो.
वातावरणाशी संबंधित आरंभिक चिंतांचे फील्ड चाचण्यांद्वारे मोठ्या प्रमाणात निराकरण झाले आहे:
हे निकाल विविध हवामानामध्ये जागतिक स्तरावर बोरॉन कार्बाइडची योग्यता पुष्टी करतात.
संशोधक बोरॉन कार्बाइड मॅट्रिसेसमध्ये 2–5 नॅनोमीटर सिलिकॉन कार्बाइड नॅनोवायर्स एम्बेड करत आहेत, ज्यामुळे 40% सुधारणा होऊन घनता वाढविनाच फ्रॅक्चर टफनेस 4.1–5.2 MPa·m पर्यंत वाढते. ग्राफीन ऑक्साइड कोटिंग्स असलेल्या 2024 च्या प्रोटोटाइपने 5.56×45mm NATO गोळ्यांविरुद्ध 18% अधिक मल्टी-हिट क्षमता प्राप्त केली, ज्यामुळे पुढच्या पिढीच्या कवचातील आशाजनक प्रगतीचे संकेत मिळत आहेत.
उन्नत डिझाइन्स स्तरित रचनांमध्ये बोरॉन कार्बाइडच्या पृष्ठभागाच्या कठोरतेचा वापर करतात:
| परत | साहित्य | जाडी | फंक्शन |
|---|---|---|---|
| स्ट्राइक फेस | बोरॉन कार्बाइड | 5-6 मिमी | प्रक्षेप्य कोर तुकडे करते |
| मधली स्तर | सिलिकॉन कार्बाईड | 3-4 मिमी | अवशिष्ट ऊर्जा शोषून घेते |
| बॅकिंग | UHMWPE | 15-20 मिमी | कॅच फ्रॅग्मेंटेशन |
ही ग्रेड केलेली सिस्टम NIJ लेव्हल IV संरक्षण पूर्ण करते फक्त 4.3 किलो/मी² वर—एकाच दिशेने सिरॅमिक प्लेट्सपेक्षा 28% हलकी—रणनीतिक सामग्री एकत्रीकरणामुळे ऑप्टिमाइझ्ड कामगिरी प्रदान करते.
EN
