地表の下: 硬い装甲板の材料を探る

Oct 31, 2023

前回の投稿では、NIJ およびその他の標準設定団体によって定義されている防弾板によって提供される保護の「レベル」を調査し、硬質装甲板の評価を調査しました。 私たちの目的は、この文脈の中で装甲板をより明確に理解することでした。 ただし、以前の投稿で明らかになったように、これらの「レベル」は任意であり、多くのプレートがその下、中間、または上にあります (つまり、説明に「プラス」が付いているすべてのプレート。III+、IIIA+、IV+…)。

装甲板の性能特性を真に把握するには、割り当てられたレベルを知るだけでは不十分です。 表面的に理解するだけでも、そのプレートの構造に使用される材料についてのある程度の知識が必要です。

それを念頭に置いて、装甲板の材料とその性能特性の概要を説明しましょう。

硬質装甲板にはアルミナ、炭化ケイ素、炭化ホウ素の 3 つのセラミック材料が一般的に使用されています。

以下の表は、一般的なバリエーションとして AD85 および RBB4C を含む、各材料の商用グレードの平均特性を示しています。

上表において「性能」は重み付けで評価しています。 たとえば、ホットプレスされた炭化ケイ素 (SiC) と反応結合炭化ホウ素 (RBB4C) は、同じ重量を考慮した場合、スチールコアの AP の脅威に対して同等の有効性を示します。 これは、厚さ 8mm の SiC タイルと厚さ約 9.3mm の RBB4C タイルを比較していることを意味します。

硬度や圧縮強度などの機械的特性が弾道性能にどのように反映されるかという問題はまだ解決されていません。 とりあえずは置いておきます。

アルミナ一般に、密度が高いため、重量比の性能が最も低くなります。 それにもかかわらず、アルミナは、民間および法執行機関の市場向けのプレートで最も普及しているセラミック製の装甲材料です。 これは、効率的で信頼性の高い材料であり、広く入手可能であり、複雑な形状に成形するのが容易であり、そして最も重要なことに、非常に手頃な価格であるためです。 平均して、レベル IV プレート上の 10×12 インチのアルミナ打撃面のメーカーコストは約 20 ドルです。 アルミナは、SiC や B4C ベースの材料と比較して優れたマルチヒット性能も示し、プレートあたり 6 ショットが必要な NIJ 0101.06 レベル III などの仕様への準拠を大幅に支援します。

アルミナは費用対効果が高く、広く使用されているセラミック材料であり、より重いとはいえ信頼性の高いプレートが得られます。 これらのプレートは、多くの場合、優れたマルチヒット特性を示します。

炭化ケイ素 (SiC) は、幅広い脅威にわたって、価格とパフォーマンスの最も有利なバランスを提供します。 アルミナよりも大幅に軽く、あらゆる脅威に対して優れた性能を発揮します。 炭化ホウ素よりもわずかに重く、ボールやスチールコアの脅威に対してはわずかに性能が劣りますが、より優れたマルチヒット性能と、タングステンカーバイドコアの脅威に対する有効性の大幅な向上によって補われます。

SiC バリアントによりアプリケーションの範囲が拡大します。 例: (1) 反応結合した SiC は、あらゆる脅威に対してアルミナよりも優れており、純度 99% 以上のアルミナよりもわずかに高価であるだけです。 (2) Adept Armor Colossus プレートに使用されている新しい SiC-TiB2 複合材料は、スチールコアの脅威に対しては重量対性能ベースで B4C と競合し、タングステンカーバイドコアの脅威に対しては B4C を容易に上回ります。 (3) 過去数年間にわたり、性能をさらに向上させる可能性がある SiC ダイヤモンド複合材料に対する研究に大きな関心が寄せられています。

総合的なトップパフォーマンスとして、SiC は今日、軍用グレードの AP 定格プレートに好まれる材料となっており、特に最近の高性能 SiC ベースのセラミック複合材料の出現により、予見可能な将来までこの地位を維持するはずです。

ホットプレスまたは焼結炭化ホウ素 (B4C) はハイエンドのニッチな素材です。 スチールコアの脅威を阻止するという点では、他のすべてのオプションを大幅に上回ります。 しかし、その使用を制限するいくつかの欠点があります。 (1) 炭化ホウ素原料は高価であり、加工が困難です。 (2) 炭化ホウ素は、炭化ホウ素の非晶質化の問題により、同じ密度の SiC または高級アルミナと比較して、炭化タングステンコアを備えた AP 弾丸に対して性能が劣ります。 (3) 炭化ホウ素は衝撃時にガラスのような挙動を示し、非常に脆いため、クラス最悪のマルチヒット性能をもたらします。 これらの理由により、.30-06 APM2 または 7.62x54mmR B32 API を停止するように設計された超ハイエンドのレベル IV および軍用プレートに最適な打撃面材料ですが、他の目的にはあまり使用されていません。