Giáp già hơn loài người hàng triệu năm tuổi, và nó phát triển chủ yếu để bảo vệ khỏi hàm và móng vuốt. Có thể cá sấu và rùa phần nào có thể truyền cảm hứng cho con người tạo ra các yếu tố bảo vệ. Tất cả các loại vũ khí động năng, dù là gậy tiền sử hay đạn xuyên giáp, đều được thiết kế để tập trung lực lượng lớn trong một khu vực nhỏ, nhiệm vụ của nó là xuyên thủng mục tiêu và gây sát thương tối đa cho nó. Do đó, nhiệm vụ của áo giáp là ngăn chặn điều này bằng cách làm chệch hướng hoặc phá hủy các phương tiện tấn công và / hoặc phân tán năng lượng tác động trên một diện tích lớn nhất có thể để giảm thiểu thiệt hại cho nhân lực, hệ thống vận tải và cấu trúc mà nó bảo vệ.
Áo giáp hiện đại thường bao gồm một lớp bên ngoài cứng để ngăn chặn, làm chệch hướng hoặc phá hủy đường đạn, một lớp trung gian có “khả năng phá vỡ” rất cao, và một lớp nhớt bên trong để ngăn các vết nứt và mảnh vỡ.
Thép
Thép, trở thành vật liệu đầu tiên được sử dụng rộng rãi trong việc chế tạo xe bọc thép, vẫn được nhu cầu, mặc dù sự xuất hiện của áo giáp dựa trên hợp kim nhẹ của nhôm và titan, gốm sứ, vật liệu tổng hợp với ma trận polyme, được gia cố bằng sợi thủy tinh, aramid và polyethylene trọng lượng phân tử siêu cao, cũng như các vật liệu composite với ma trận kim loại.
Nhiều nhà máy thép, bao gồm cả SSAB, tiếp tục phát triển thép cường độ cao cho nhiều ứng dụng quan trọng về trọng lượng như vỏ bọc bổ sung. Lớp thép bọc thép ARM OX 600T, có độ dày từ 4-20 mm, có độ cứng đảm bảo từ 570 đến 640 đơn vị HBW (viết tắt của Hardness, Brinell, Wolfram; một bài kiểm tra trong đó một quả bóng vonfram có đường kính tiêu chuẩn được ép vào một mẫu vật liệu với một lực đã biết, sau đó đo đường kính của phần lõm tạo thành; sau đó các thông số này được thay thế vào công thức, cho phép bạn nhận được số đơn vị độ cứng).
SSAB cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc đạt được sự cân bằng phù hợp giữa độ cứng và độ dẻo dai để chống xuyên thủng và chống vỡ. Giống như tất cả các loại thép khác, ARMOX 600T bao gồm sắt, cacbon và một số thành phần hợp kim khác bao gồm silic, mangan, phốt pho, lưu huỳnh, crom, niken, molypden và bo.
Có những hạn chế về kỹ thuật sản xuất được sử dụng, đặc biệt là khi nói đến nhiệt độ. Thép này không dùng để xử lý nhiệt bổ sung; nếu được nung nóng trên 170 ° C sau khi giao hàng, SSAB không thể đảm bảo các đặc tính của nó. Các công ty có thể vượt qua loại hạn chế này có khả năng thu hút sự giám sát chặt chẽ của các nhà sản xuất xe bọc thép.
Một công ty Thụy Điển khác, Deform, cung cấp các bộ phận gia công nóng bằng thép chống đạn cho các nhà sản xuất xe bọc thép, đặc biệt là những công ty đang tìm cách cải thiện khả năng bảo vệ của các phương tiện thương mại / dân sự.
Tường lửa One-piece Deform được lắp đặt trên xe Nissan PATROL 4x4, xe minibus Volkswagen T6 TRANSPORTER và xe bán tải Isuzu D-MAX, cùng với tấm sàn rắn bằng vật liệu tương tự. Quy trình tạo hình nóng do Deform phát triển và được sử dụng trong sản xuất tấm duy trì độ cứng 600HB [HBW].
Công ty tuyên bố rằng họ có thể khôi phục các đặc tính của tất cả các loại thép áo giáp trên thị trường trong khi vẫn duy trì hình dạng cấu trúc xác định, trong khi các bộ phận tạo ra vượt trội hơn nhiều so với cấu trúc hàn và chồng chéo một phần truyền thống. Trong phương pháp do Deform phát triển, các tấm được làm nguội và tôi luyện sau khi rèn nóng. Nhờ quá trình này, có thể có được các hình dạng ba chiều mà không thể có được bằng cách tạo hình nguội mà không có sự bắt buộc trong những trường hợp như vậy "mối hàn vi phạm tính toàn vẹn của các điểm tới hạn."
Các tấm thép định hình nóng biến dạng đã được sử dụng trên BAE Systems BVS-10 và CV90, và kể từ đầu những năm 1990, trên nhiều máy Kraus-Maffei Wegmann (KMW). Sắp có các đơn đặt hàng để sản xuất tấm giáp ba chiều cho xe tăng LEOPARD 2 và một số tấm định hình cho xe BOXER và PUMA, cùng với một số xe Rheinmetall, bao gồm cả BOXER, cũng như cửa sập cho xe WIESEL. Deform cũng hoạt động với các vật liệu bảo vệ khác bao gồm nhôm, kevlar / aramid và titan.
Tiến độ nhôm
Đối với xe bọc thép, lần đầu tiên giáp nhôm được sử dụng rộng rãi trong chế tạo tàu sân bay bọc thép M113, được sản xuất từ năm 1960. Nó là một hợp kim, được đặt tên là 5083, chứa 4,5% magiê và một lượng nhỏ hơn nhiều mangan, sắt, đồng, cacbon, kẽm, crom, titan và các loại khác. Mặc dù 5083 vẫn giữ được độ bền tốt sau khi hàn, nhưng nó không phải là hợp kim có thể xử lý nhiệt. Nó không có khả năng chống lại đạn xuyên giáp 7,62mm tốt như các thử nghiệm chính thức đã xác nhận, nó ngăn chặn đạn xuyên giáp kiểu Liên Xô 14,5mm tốt hơn so với thép, đồng thời tiết kiệm trọng lượng và tăng thêm sức mạnh mong muốn. Đối với mức độ bảo vệ này, tấm nhôm dày hơn và cứng hơn 9 lần so với thép với mật độ thấp hơn 265 r / cm3, dẫn đến giảm trọng lượng của cấu trúc.
Các nhà sản xuất xe bọc thép nhanh chóng bắt đầu yêu cầu áo giáp nhôm nhẹ hơn, bền hơn đạn đạo, có thể hàn và xử lý nhiệt, dẫn đến sự phát triển của Alcan là 7039 và sau đó là 7017, cả hai đều có hàm lượng kẽm cao hơn.
Cũng như thép, quá trình dập và lắp ráp sau đó có thể ảnh hưởng tiêu cực đến các đặc tính bảo vệ của nhôm. Khi hàn, các vùng bị ảnh hưởng nhiệt sẽ mềm đi, nhưng độ bền của chúng được phục hồi một phần do cứng trong quá trình lão hóa tự nhiên. Cấu trúc của kim loại thay đổi trong các vùng hẹp gần mối hàn, tạo ra ứng suất dư lớn trong trường hợp có lỗi hàn và / hoặc lắp ráp. Do đó, các kỹ thuật sản xuất phải giảm thiểu chúng, đồng thời giảm thiểu nguy cơ nứt do ăn mòn do ứng suất, đặc biệt khi tuổi thọ thiết kế của máy được dự kiến là hơn ba thập kỷ.
Ăn mòn ứng suất nứt là một quá trình xuất hiện và phát triển của các vết nứt trong môi trường ăn mòn, có xu hướng xấu đi khi số lượng các nguyên tố hợp kim tăng lên. Sự hình thành các vết nứt và sự phát triển sau đó của chúng xảy ra do sự khuếch tán của hydro dọc theo ranh giới hạt.
Việc xác định độ nhạy bị nứt bắt đầu bằng việc chiết xuất một lượng nhỏ chất điện phân từ các vết nứt và phân tích nó. Các thử nghiệm ăn mòn ứng suất tốc độ biến dạng thấp được thực hiện để xác định mức độ hư hỏng của một hợp kim cụ thể. Sự kéo giãn cơ học của hai mẫu (một trong môi trường ăn mòn và một trong không khí khô) xảy ra cho đến khi chúng bị hỏng, và sau đó so sánh biến dạng dẻo tại vị trí đứt gãy - mẫu càng bị kéo căng khi hỏng càng tốt.
Khả năng chống nứt ăn mòn do ứng suất có thể được cải thiện trong quá trình xử lý. Ví dụ, theo Total Materia, công ty tự gọi mình là “cơ sở dữ liệu vật liệu lớn nhất thế giới”, Alcan đã cải thiện hiệu suất của 7017 trong các thử nghiệm nứt ăn mòn do ứng suất tăng tốc lên 40 lần. Các kết quả thu được cũng cho phép phát triển các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn cho các vùng của kết cấu hàn, trong đó khó có thể tránh được ứng suất dư. Nghiên cứu nhằm cải thiện các hợp kim nhằm tối ưu hóa các đặc tính điện hóa của các mối hàn đang được tiến hành. Công việc trên các hợp kim có thể xử lý nhiệt mới tập trung vào việc cải thiện độ bền và khả năng chống ăn mòn của chúng, trong khi nghiên cứu trên các hợp kim không thể xử lý nhiệt nhằm mục đích loại bỏ các hạn chế do các yêu cầu về tính hàn. Các vật liệu cứng nhất đang được phát triển sẽ cứng hơn 50% so với áo giáp nhôm tốt nhất đang được sử dụng hiện nay.
Các hợp kim mật độ thấp như nhôm lithium giúp tiết kiệm khoảng 10% trọng lượng so với các hợp kim trước đó với khả năng chống đạn tương đương, mặc dù hiệu suất đạn đạo vẫn chưa được đánh giá đầy đủ theo Total Materia.
Các phương pháp hàn, bao gồm cả robot, cũng đang được cải thiện. Trong số các nhiệm vụ đang được giải quyết là giảm thiểu việc cung cấp nhiệt, cung cấp hồ quang hàn ổn định hơn do cải tiến hệ thống cung cấp năng lượng và dây dẫn, cũng như giám sát và kiểm soát quá trình bởi các hệ thống chuyên gia.
MTL Advanced Materials đã làm việc với ALCOA Defense, một nhà sản xuất tấm áo giáp bằng nhôm nổi tiếng, để phát triển những gì công ty mô tả là "quy trình tạo hình nguội có thể lặp lại và đáng tin cậy." Công ty lưu ý rằng các hợp kim nhôm được phát triển cho các ứng dụng áo giáp không được thiết kế để tạo hình nguội, có nghĩa là quy trình mới của họ sẽ giúp tránh các lỗi hỏng hóc phổ biến, bao gồm cả nứt vỡ. Mục tiêu cuối cùng là cho phép các nhà thiết kế máy giảm thiểu nhu cầu hàn và giảm số lượng các bộ phận, theo công ty. Giảm khối lượng hàn, công ty nhấn mạnh, tăng sức mạnh kết cấu và bảo vệ phi hành đoàn trong khi giảm chi phí sản xuất. Bắt đầu với hợp kim 5083-H131 đã được kiểm chứng tốt, công ty đã phát triển một quy trình cho các bộ phận tạo hình nguội với góc uốn 90 độ dọc và ngang các hạt, sau đó chuyển sang các vật liệu phức tạp hơn, ví dụ, hợp kim 7017, 7020 và 7085, cũng đạt được kết quả tốt.
Gốm sứ và vật liệu tổng hợp
Vài năm trước, Morgan Advanced Materials đã thông báo về việc phát triển một số hệ thống áo giáp SAMAS, bao gồm sự kết hợp của gốm tiên tiến và vật liệu tổng hợp cấu trúc. Dòng sản phẩm bao gồm áo giáp có bản lề, lớp lót chống phân mảnh, viên nang sống sót được làm bằng vật liệu tổng hợp cấu trúc để thay thế vỏ kim loại và bảo vệ mô-đun vũ khí, cả có người ở và không có người ở. Tất cả chúng có thể được điều chỉnh theo yêu cầu cụ thể hoặc được thực hiện theo đơn đặt hàng.
Cung cấp khả năng bảo vệ STANAG 4569 Cấp độ 2-6, cùng với hiệu suất đa tác động và tiết kiệm trọng lượng (công ty tuyên bố các hệ thống này nặng bằng một nửa so với các sản phẩm thép tương tự) và thích ứng với các mối đe dọa, nền tảng và sứ mệnh cụ thể … Lớp lót chống mảnh có thể được làm từ tấm phẳng nặng 12,3 kg để che phủ diện tích 0,36 m2 (khoảng 34 kg / m2) hoặc phụ kiện rắn nặng 12,8 kg cho 0,55 m2 (khoảng 23,2 kg / m2).
Theo Morgan Advanced Materials, áo giáp bổ sung được thiết kế để làm mới và hiện đại hóa các nền tảng hiện có mang lại khả năng tương tự với trọng lượng chỉ bằng một nửa. Hệ thống được cấp bằng sáng chế cung cấp khả năng bảo vệ tối đa trước một loạt các mối đe dọa, bao gồm vũ khí cỡ nhỏ và trung bình, thiết bị nổ ứng biến (IED) và lựu đạn phóng tên lửa, cũng như hiệu suất đa tác động.
Một hệ thống áo giáp "bán cấu trúc" có khả năng chống ăn mòn tốt được cung cấp cho các mô-đun vũ khí (ngoài các ứng dụng trên không và trên biển), và cùng với việc tiết kiệm trọng lượng và giảm thiểu các vấn đề với trọng tâm, không giống như thép, nó tạo ra ít vấn đề về tương thích điện từ hơn.
Việc bảo vệ các mô-đun vũ khí là một vấn đề đặc biệt, vì chúng là một mục tiêu hấp dẫn, vì việc vô hiệu hóa chúng làm suy yếu đáng kể khả năng chỉ huy tình huống của phi hành đoàn và khả năng đối phó với các mối đe dọa gần đó của phương tiện. Chúng cũng có quang điện tử tinh vi và động cơ điện dễ bị tổn thương. Vì chúng thường được lắp ở đầu xe, nên bộ giáp phải nhẹ để giữ trọng tâm thấp nhất có thể.
Hệ thống bảo vệ mô-đun vũ khí, có thể bao gồm kính bọc thép và bảo vệ phần trên, hoàn toàn có thể thu gọn, hai người có thể lắp ráp lại trong 90 giây. Các viên nang tổng hợp có khả năng sống sót được làm từ những gì công ty mô tả là "vật liệu cứng và công thức polyme độc đáo", chúng cung cấp khả năng bảo vệ mảnh đạn và có thể được sửa chữa tại hiện trường.
Bảo vệ người lính
Các thành phần SPS (Hệ thống Bảo vệ Người lính) do 3M Ceradyne phát triển bao gồm mũ bảo hiểm và các vật liệu chèn trong áo giáp cho Hệ thống Bảo vệ Đầu Tích hợp (IHPS) và VTP (Bảo vệ Vital Torso) - ESAPI (Chèn Bảo vệ Cánh tay Nhỏ Nâng cao) - chèn cải tiến để bảo vệ chống lại cánh tay nhỏ) của hệ thống SPS.
Các yêu cầu của IHPS bao gồm trọng lượng nhẹ hơn, bảo vệ thính giác thụ động và bảo vệ chống va đập cùn được cải thiện. Hệ thống cũng bao gồm các phụ kiện như một bộ phận để bảo vệ hàm dưới của một người lính, một tấm che mặt bảo vệ, một giá đỡ cho kính nhìn đêm, hướng dẫn, ví dụ, đèn pin và máy ảnh, và bảo vệ đạn mô-đun bổ sung. Hợp đồng trị giá hơn 7 triệu USD cung cấp khoảng 5.300 mũ bảo hiểm. Trong khi đó, hơn 30.000 bộ dụng cụ ESAPI - bộ chèn nhẹ hơn cho áo giáp - sẽ được giao theo hợp đồng trị giá 36 triệu USD. Việc sản xuất cả hai bộ dụng cụ này đã bắt đầu vào năm 2017.
Cũng trong chương trình SPS, KDH Defense đã lựa chọn vật liệu SPECTRA SHIELD và GOLD SHIELD của Honeywell cho năm hệ thống con, bao gồm cả hệ thống con Torso and Extremity Protection (TEP) để cung cấp cho dự án SPS. Hệ thống bảo vệ TEP nhẹ hơn 26%, cuối cùng làm giảm 10% trọng lượng của hệ thống SPS. KDH sẽ sử dụng SPECTRA SHIELD, dựa trên sợi UHMWPE và GOLD SHIELD, dựa trên sợi aramid, trong các sản phẩm của riêng mình cho hệ thống này.
Sợi SPECTRA
Honeywell sử dụng quy trình kéo và kéo sợi polyme độc quyền để nhúng vật liệu thô UHMWPE vào sợi SPECTRA. Vật liệu này cứng hơn thép 10 lần về trọng lượng, cường độ riêng của nó cao hơn 40% so với sợi aramid, nó có nhiệt độ nóng chảy cao hơn polyetylen tiêu chuẩn (150 ° C) và khả năng chống mài mòn lớn hơn so với các polyme khác, cho ví dụ, polyester.
Vật liệu SPECTRA mạnh mẽ và cứng nhắc cho thấy độ biến dạng cao khi đứt, tức là nó co giãn rất mạnh trước khi đứt; tính chất này cho phép một lượng lớn năng lượng va chạm được hấp thụ. Honeywell tuyên bố rằng vật liệu tổng hợp sợi SPECTRA hoạt động rất tốt dưới các tác động ở tốc độ cao như đạn súng trường và sóng xung kích. Theo công ty, “Sợi tiên tiến của chúng tôi phản ứng với tác động bằng cách nhanh chóng loại bỏ động năng khỏi vùng va chạm … nó cũng có khả năng giảm rung tốt, khả năng chống biến dạng lặp lại tốt và đặc tính ma sát bên trong tuyệt vời của sợi cùng với khả năng chống lại hóa chất tuyệt vời, nước và tia UV."
Trong công nghệ SHIELD của mình, Honeywell trải các dải sợi song song và liên kết chúng lại với nhau bằng cách ngâm tẩm chúng với một loại nhựa tiên tiến để tạo ra dải băng một chiều. Sau đó, các lớp của băng này được đặt chéo nhau ở các góc mong muốn và ở nhiệt độ và áp suất nhất định, được hàn thành một cấu trúc hỗn hợp. Đối với các ứng dụng đeo mềm, nó được dát mỏng giữa hai lớp màng mỏng và linh hoạt trong suốt. Vì các sợi vẫn thẳng và song song nên chúng tiêu tán năng lượng va đập hiệu quả hơn so với việc chúng được dệt thành vải dệt thoi.
Short Bark Industries cũng sử dụng SPECTRA SHIELD trong vệ sĩ BCS (Áo sơ mi chiến đấu đạn đạo) cho hệ thống SPS TEP. Short Bark chuyên về bảo hộ mềm, trang phục chiến thuật và phụ kiện.
Theo Honeywell, những người lính đã chọn các yếu tố bảo vệ làm từ những vật liệu này sau khi họ chứng tỏ hiệu suất vượt trội so với các đối tác sợi aramid của họ.
