Дослідження впливу механічних властивостей на бронестійкість сподуменових склокристалічних матеріалів

Abstract

Визначено перспективні методи отримання високоміцних склокерамічних матеріалів на основі літійалюмосилікатних стекол за керамічною технологією. Проведено аналіз розробок зі зміцнення склокристалічних матеріалів з вмістом сподумену. Розроблено композиційні матеріали на основі сподуменових склокристалічних матеріалів, які модифіковано діоксидом цирконію стабілізованого оксидом ітрію. Встановлено, що для алюмосилікатних стекол характерним є протікання процесу об’ємної тонкодисперсної кристалізації скла з формуванням кристалів β-сподумену у кількості 80 об. % відповідно в умовах низькотемпературної короткотривалої двостадійної термічної обробки. Встановлено, що забезпечення щільно упакованої структури матеріалу забезпечується за рахунок наявності фракцій не більше 125 мкм ≈ 70 об. %, не більше 63 мкм – 15 об. %, не більше 25 мкм – 15 об. %. Досліджено вплив структури склокристалічних матеріалів на їх механічні властивості та встановлено основні критерії забезпечення високих показників тріщиностійкості, ударостійкості та бронестійкості. Наявність для розробленого ситалу фаз з різними пружними властивостями дозволяє забезпечити більш ефективне руйнування ударника та мінімізацію позаперешкодної дії. Порівняльна оцінка розробленого ударостійкого склокристалічного матеріалу та відомого елементу бронезахисту дозволила встановити перспективність використання ситалу як бронеелементу з експлуатаційними властивостями на рівні світових аналогів. Важливими аспектами ефективного впровадження розробленого матеріалу є його зменшена вартість та вага в порівнянні з керамічними бронеелементами. Також вагоме зниження щільності та підвищення тріщиностійкості розробленого матеріалу при частковій заміні надтвердого керамічного бронеелементу на склокерамічні матеріали в якості енергоруйнуючого та дроблячого шару, дозволить зменшити вагу та підвищити в системі кераміка – ситал – кевлар живучість броні при обстрілі. Це дозволить підвищити конкурентоспроможність вітчизняних захисних бронеелементів на світовому ринку.

Promising methods for producing high-strength glass-ceramic materials based on lithium aluminum silicate glasses using ceramic technology are determined. The analysis of developments to strengthen glass-crystal materials with spodumene content is carried out. Composite materials based on spodumene glass-crystalline materials modified with zirconia stabilized with yttrium oxide have been developed. It was established that aluminosilicate glasses are characterized by a process of volumetric fine crystallization of glass with the formation of β-spodumene crystals in an amount of 80 vol. %, respectively, in the conditions of low-temperature short-term two-stage heat treatment. It has been established that the provision of a tightly packed material structure is ensured by the presence of fractions of no more than 125 μm ≈ 70 vol. %, not more than 63 μm - 15 vol. %, not more than 25 μm - 15 vol. %. The influence of the structure of glass-crystalline materials on their mechanical properties is investigated and the main criteria for ensuring high crack resistance, impact resistance and armor resistance are established. A comparative assessment of the developed impact-resistant glass-crystalline material and the well-known armor protection element made it possible to establish the prospects of using glass as an armor element with operational properties at the level of world analogues. Important aspects of the effective implementation of the developed material is its reduced cost and weight compared to ceramic armored elements. Also, a significant decrease in density and an increase in crack resistance of the developed material with a partial replacement of the superhard ceramic armored element with glass-ceramic materials as an energydestroying and crushing layer will make it possible to reduce weight and increase the armor survivability of the ceramics-ceramic-Kevlar system during shelling. This will increase the competitiveness of domestic protective armor elements on the world market.