السيراميك و استخداماته في الدروع المركبة الحديثة

[عابر الأجواء]

السيراميك و استخداماته في الدروع المركبة الحديثة

- مقدمة :

مع زيادة الحاجة لدروع توفر حماية أفضل في مواجهة الذخائر المضادة للدروع الحديثة و بنفس الوقت تكون هذه الدروع أخف وزناً أقل تكلفة ظهرت مركبات السيراميك Ceramic Composites كخيار مثالي للاستخدام في الدروع المركبة للوسائط المدرعة الحديثة على مختلف أنواعها (دبابات , ناقلات جند مدرعة .... إلخ) حيث توفر مركبات السيراميك حماية جيدة في مواجهة مختلف أنواع التهديدات كذخائر الطاقة الحركية KE ammunition و ذخائر الطاقة الكيميائية CE ammunition كما أن السيراميك يمتاز بكثافة منخفضة نسبياً تجعل منه مادة خفيفة الوزن و مناسبة للاستخدام في الدروع على مختلف أنواعها .

و هكذا تم اعتماد مركبات السيراميك لأول مرة كعنصر أساسي في دروع الدبابات من قبل السوفييت في أوائل الستينات و ذلك في دبابتهم المتفوقة آنذاك الـ T-64 و التي كانت أول دبابة ذات دروع مركبة على الإطلاق و كان السيراميك أحد عناصر هذا الدرع المركب الذي عرف بالتسمية Combination-K و كذلك تبع السوفييت العديد من الدول الغربية و على رأسهم المملكة المتحدة (بريطانيا) التي طورت درع مركب يعتمد على مركبات السيراميك كذلك و المسمى بالدرع شوبهام Chobham و الذي استخدم في كثير من الدبابات الغربية كالأبرامز الأمريكية و الشالنجر البريطانية و الليوبارد الألمانية .

- خصائص مركبات السيراميك و أنواعها :

مواد السيراميك المستخدمة في الدروع المركبة عديدة و متنوعة ( أوكسيد الألمنيوم Aluminum oxide , كربيد البورون Boron carbide , كربيد السيليكون Silicon carbide , نتريد الألمنيوم Aluminum nitride , بوريد التايتانيوم Titanium boride ) و لكل من هذه المواد خصائص تميزها عن غيرها من حيث الكثافة Density و الصلادة Hardness و المرونة Elasticity و لهذا فإن اختيار المادة أو المركب السيراميكي الأنسب لدرع ما يتم من خلال بحث دقيق في خصائص كل من السيراميك و باقي مواد الدرع .

و من أولى المواد السيراميكية التي استخدمت في الدروع المركبة للدبابات كان أوكسيد الألمنيوم أو ما يسمى بالألومينا Alumina أما اليوم فإن أكثر المركبات السيراميكية استخداماً هي كربيد البورون و كربيد السيليكون و ذلك للصلادة العالية التي يمتازا بها حيث أن كربيد البورون يعتبر في المرتبة الخامسة بين أكثر المواد المعروفة صلادة كذلك هما أقل كثافة من أوكسيد الألمنيوم الذي تبلغ كثافته 3.95 غ/سم3 بينما تبلغ كثافة كربيد السيليكون 3.22 غ/سم3 و كثافة كربيد البورون 2.52 غ/سم3 .

و بالرغم من الإيجابيات التي توفرها المركبات السيراميكية من حيث الصلادة و خفة الوزن الناتجة عن الكثافة المنخفضة إلا أن السيراميك يعاني من عيب يقلل من فاعليته عند استخدامه في الدروع و هو التشظي و التشقق Brittle and cracking الذي يعاني منه ما يؤدي لضرر كبير Heavy damage في ألواح السيراميك التي تتعرض للإصابة من قبل ذخيرة ما بحيث لا يقتصر الضرر على منطقة الإصابة و إنما تنتشر التشققات Spread of cracksعلى جزء كبير من سطح اللوح المتعرض للإصابة و لهذا تجري الأبحاث لتطوير مركبات سيراميكية ذات خصائص لا تسمح بانتشار التشققات و تمنع التشظي عند التعرض لإصابات الذخائر المتنوعة .

تصميم الدروع المركبة و استخدامات السيراميك فيها :

السيراميك لا يكون هو العامل الوحيد الذي يحدد الحماية البالستية لدرع مركب ما و لا يكون العامل الذي يمنع اختراق مقذوف ما للدرع كما يظن البعض بل تكون المركبات السيراميكية جزء من درع مركب يتألف من عدد من الطبقات المختلفة في الخصائص و التركيب .

و تتألف الدروع المركبة السيراميكية من عدة طبقات هي طبقتين أساسيتين هما *طبقة السيراميك Ceramic layer و *الظهارة Backing plate أو الصفيحة الداعمة لطبقة السيراميك و طبقتين مكملتين (لكن لا يمكن الاستغناء عنهما) هما *الطبقة الواصلة بين الظهارة و السيراميك Adhesive layer و *الطبقة المغلفة و هي الطبقة المعدنية الخارجية للدرع Cover layer :

1- طبقة السيراميك : هي في الواقع عدد من طبقات السيراميكو لا تكون عادة الطبقة الواحدة مؤلفة من صفيحة واحدة كبيرة من السيراميك و إنما تكون مؤلفة من عدد من الصفائح الصغيرة Small tiles ذات شكل محدد بحيث تتكامل مع بعضها البعض لتشكيل مصفوفة متكاملة تكون لوح واحد كبير من السيراميك Full armor array داخل الدرع و يعمد إلى تجزئة طبقة السيراميك إلى مجموعة من الصفائح الصغيرة منعاً لانتشار التشققات Cracks التي تحدث عند إصابة لوح السيراميك بذخيرة ما كذلك فإن لحجم لوح السيراميك و أبعاده دور في أداءه البالستي و قدرته على التصدي للتهديدات المتنوعة .

2- الظهارة (صفيحة الدعم) : تكون أحياناً معدنية خصوصاً من خلائط الألمنيوم أو تكون الظهارة عبارة عن طبقات من مركبات الألياف الزجاجية Fiberglass و البوليمر Polymer أو ما يسمى بمركبات البوليمر المدعمة بالألياف الزجاجية Fiber-reinforced polymer و للظهارة دور أساسي في تحديد فاعلية دروع السيراميك و قدرتها على التصدي للذخائر المضادة للدروع على أنواعها.

3- الطبقة الواصلة بين الظهارة و السيراميك : هي عبارة عن طبقة من المواد اللاصقة ذات كفاءة و قدرة عالية تحمل الحرارة و الرطوبة و عوامل قاسية أخرى و يستخدم عادة الراتينجات الإبوكسية Epoxy resins أو ما يسمى باللواصق الإبوكسية Epoxy adhesives كما يستخدم المطاط أحياناً ليشكل طبقة فاصلة بين الظهارة و السيراميك و يكون بدوره مدعم أيضاً بلاصق إبوكسي لتثبيته على الظهارة و السيراميك .

4- الطبقة المغلفة : هي الطبقة الخارجية للدرع و تليها على الفور طبقة السيراميك و تكون هذه الطبقة عادة من خلائط الفولاذ و دور هذه الطبقة هي حماية طبقة السيراميك من إطلاقات الذخائر المنخفضة العيار التي لا تشكل تهديداً للدرع و لكن بنفس الوقت قد تؤدي إلى تضرر صفائح السيراميك كذلك فإن الطبقة الخارجية تلعب دوراً مهماً في منع تفتت قطعة السيراميك أثناء عملية الاختراق و التشظي الذي يحصل جراء هذا الاختراق فيقوم بالحفاظ على شظايا السيراميك كما هي .

آليات المقاومة و الاختراق لدروع السيراميك :

كما قلنا سابقاً أن السيراميك في الدروع المركبة لا يعمل وحيداً و إنما يكون طبقة ضمن درع مركب مكون من عدد من الطبقات و في السطور سنبين دور كل طبقة من هذه الطبقات في درع مركب قياسي يتكون من الطبقات الأساسية التي بيناها في الفقرة السابقة .

بعد أن يقوم الخارق Penetrator باختراق الطبقة الخارجية للدرع أو ما اسميناها بالطبقة المغلفة Cover layerالتي تقوم بدورها في امتصاص بعض من طاقة الارتطام Impact energy يصل الخارق إلى طبقة السيراميك الذي يقوم بمهمتين أساسيتين الأولى هي مهمة مبدأية بأغلب الأحيان و هي تشويه مقدمة الخارق Tip of the penetratorمن خلال ظاهرة تعرف باسم الـ Interface defeat و هي مرحلة تسبق بداية الاختراق في طبقة السيراميك حيث تتأثر مقدمة الخارق بصلادة سطح التماس لطبقة السيراميك فيحدث في مقدمة الخارق تشوه يؤثر في قدرة الخارق على الاختراق و النفاذ من الدرع و تكون سرعة الخارق هي المؤثر الأساسي في هذه الظاهرة طبعاً دون إهمال خصائص كل من الخارق و السيراميك .

المهمة الثانية التي تقوم بها طبقة السيراميك هي امتصاص الجزء الأكبر من الطاقة الحركية للخارق Kinetic energy فتقوم صفائح السيراميك بنشرها على كامل صفيحة السيراميك و التشققات و التشظي الذي يصيب صفائح السيراميك عند الإصابة هو تأثير الطاقة الحركية الهائلة المحررة على سطح الصفائح هذه و تكون نتيجة تبديد هذه الطاقة التي تمتصها طبقة السيراميك .

و هكذا بعد أن يمر الخارق عبر طبقة السيراميك يكون قد فقد جزء كبير من طاقته الحركية و بالتالي يكون قد فقد جزء كبير من قدرته على الاختراق و هنا يأتي دور الظهارة الخلفية Backing plate التي تقوم بمهمة إيقاف الخارق و تمنعه من النفاذ عبر الدرع حيث تقوم باستقبال الخارق بما تبقى من طاقته الحركية فتقوم بتبديدها و على الأغلب تتأثر الظهارة فيحدث تشوه أو ضرر و لكن لا يرقى لدرجة الاختراق الكامل لها Complete perforation.

و هكذا نرى أن لكل طبقة من طبقات الدرع المركب دور في التصدي للذخائر التي تشكل تهديداً على الوسائط المدرعة على اختلافها و ليست طبقة السيراميك هي الوحيدة التي تتصدى للتهديد بل أنه و كقاعدة عامة فإن طبقة السيراميك غالباً ما تخترق و لا تقوم بإيقاف الذخيرة لكنها تلعب الدور الرئيس في إضعاف قدرة الاختراق و بالتالي منع حدوث اختراق كامل للدرع المركب .