Het pantser is miljoenen jaren ouder dan de mensheid en is voornamelijk ontwikkeld om te beschermen tegen kaken en klauwen. Het is mogelijk dat krokodillen en schildpadden mensen gedeeltelijk kunnen inspireren om beschermende elementen te creëren. Alle wapens met kinetische energie, of het nu een prehistorische knuppel of een pantserdoordringend projectiel is, zijn ontworpen om grote kracht in een klein gebied te concentreren, het is de taak om het doelwit binnen te dringen en maximale schade toe te brengen. Bijgevolg is het de taak van het pantser om dit te voorkomen door de aanvalsmiddelen af te buigen of te vernietigen en/of de impactenergie over een zo groot mogelijk gebied te verspreiden om eventuele schade aan mankracht, transportsystemen en constructies die het beschermt te minimaliseren.
Modern pantser bestaat meestal uit een harde buitenlaag om het projectiel te stoppen, af te buigen of te vernietigen, een tussenlaag met een zeer hoog "werk om te breken", en een stroperige binnenlaag om scheuren en puin te voorkomen.
Staal
Staal, dat het eerste materiaal werd dat op grote schaal werd gebruikt bij het maken van gepantserde voertuigen, is nog steeds in trek, ondanks de opkomst van bepantsering op basis van lichte legeringen van aluminium en titanium, keramiek, composieten met een polymeermatrix, versterkt met glasvezels, aramide en polyethyleen met ultrahoog molecuulgewicht, evenals composietmaterialen met een metalen matrix.
Veel staalfabrieken, waaronder SSAB, blijven hogesterktestaal ontwikkelen voor een verscheidenheid aan gewichtskritieke toepassingen, zoals extra mantels. Gepantserde staalsoort ARM OX 600T, verkrijgbaar in diktes van 4-20 mm, is verkrijgbaar met een gegarandeerde hardheid van 570 tot 640 HBW-eenheden (afkorting voor Hardness, Brinell, Wolfram; een test waarbij een wolfraamkogel met een standaarddiameter wordt geperst in een materiaalmonster met een bekende kracht, dan wordt de diameter van de gevormde uitsparing gemeten; vervolgens worden deze parameters in de formule vervangen, waarmee u het aantal eenheden van hardheid kunt verkrijgen).
SSAB benadrukt ook het belang van het bereiken van de juiste balans tussen hardheid en taaiheid voor bescherming tegen penetratie en barsten. Zoals alle staalsoorten is ARMOX 600T samengesteld uit ijzer, koolstof en een aantal andere legeringscomponenten, waaronder silicium, mangaan, fosfor, zwavel, chroom, nikkel, molybdeen en boor.
Er zijn beperkingen aan de gebruikte productietechnieken, vooral als het gaat om temperatuur. Dit staal is niet bedoeld voor extra warmtebehandeling; bij verhitting boven 170°C na levering kan SSAB de eigenschappen niet garanderen. Bedrijven die dit soort beperkingen kunnen omzeilen, zullen waarschijnlijk nauwlettend worden gevolgd door fabrikanten van gepantserde voertuigen.
Een ander Zweeds bedrijf, Deform, biedt kogelwerende pantserstalen warmgevormde onderdelen aan fabrikanten van gepantserde voertuigen, met name fabrikanten die de bescherming van commerciële/civiele voertuigen willen verbeteren.
Deform firewalls uit één stuk zijn geïnstalleerd in de Nissan PATROL 4x4, de Volkswagen T6 TRANSPORTER minibus en de Isuzu D-MAX pick-up, samen met een stevige vloerplaat van hetzelfde materiaal. Het door Deform ontwikkelde heetvervormingsproces dat bij de plaatproductie wordt gebruikt, behoudt een hardheid van 600HB [HBW].
Het bedrijf beweert dat het de eigenschappen van alle pantserstaalsoorten op de markt kan herstellen met behoud van een structureel gedefinieerde vorm, terwijl de resulterende onderdelen veel beter zijn dan traditionele gelaste en gedeeltelijk overlappende structuren. In de door Deform ontwikkelde methode worden de platen na heet smeden afgeschrikt en getemperd. Dankzij dit proces is het mogelijk om driedimensionale vormen te verkrijgen die niet kunnen worden verkregen door koudvormen zonder de verplichte in dergelijke gevallen "lassen die de integriteit van de kritieke punten schenden".
Vervormde warmgevormde staalplaten worden gebruikt op BAE Systems BVS-10 en CV90 en sinds het begin van de jaren negentig op veel machines van Kraus-Maffei Wegmann (KMW). Er komen bestellingen binnen voor de productie van driedimensionale pantserplaten voor de LEOPARD 2-tank en verschillende gevormde platen voor de BOXER- en PUMA-voertuigen, plus voor verschillende Rheinmetall-voertuigen, waaronder opnieuw de BOXER, evenals een luik voor het WIESEL-voertuig. Deform werkt ook met andere beschermende materialen zoals aluminium, kevlar/aramide en titanium.
Aluminium vooruitgang
Wat gepantserde voertuigen betreft, werd aluminiumpantser voor het eerst op grote schaal gebruikt bij de vervaardiging van de gepantserde personeelsdrager M113, die sinds 1960 wordt geproduceerd. Het was een legering, aangeduid als 5083, die 4,5% magnesium bevatte en veel kleinere hoeveelheden mangaan, ijzer, koper, koolstof, zink, chroom, titanium en andere. Hoewel 5083 zijn sterkte goed behoudt na het lassen, is het geen warmtebehandelbare legering. Het is niet zo goed bestand tegen 7,62 mm pantserdoorborende kogels, maar, zoals officiële tests hebben bevestigd, stopt het 14,5 mm pantserdoorborende kogels in Sovjetstijl beter dan staal, terwijl het gewicht bespaart en de gewenste sterkte toevoegt. Voor dit beschermingsniveau is de aluminiumplaat dikker en 9 keer sterker dan staal met een lagere dichtheid van 265 r / cm3, wat resulteert in een vermindering van het gewicht van de constructie.
Fabrikanten van gepantserde voertuigen begonnen al snel lichtere, ballistisch sterkere, lasbare en warmtebehandelbare aluminium bepantsering te vragen, wat leidde tot Alcan's ontwikkeling van 7039 en later 7017, beide met een hoger zinkgehalte.
Net als bij staal kan het stempelen en de daaropvolgende montage de beschermende eigenschappen van aluminium negatief beïnvloeden. Bij het lassen worden de door warmte aangetaste zones zachter, maar hun sterkte wordt gedeeltelijk hersteld door uitharding tijdens natuurlijke veroudering. De structuur van het metaal verandert in nauwe zones nabij de las, waardoor bij las- en/of montagefouten grote restspanningen ontstaan. Daarom moeten fabricagetechnieken deze tot een minimum beperken, terwijl ook het risico op spanningscorrosie moet worden geminimaliseerd, vooral wanneer de ontwerplevensduur van de machine naar verwachting meer dan drie decennia zal zijn.
Spanningscorrosie is een proces waarbij scheuren ontstaan en groeien in een corrosieve omgeving, die de neiging hebben om te verslechteren naarmate het aantal legeringselementen toeneemt. De vorming van scheuren en hun daaropvolgende groei vindt plaats als gevolg van de diffusie van waterstof langs de korrelgrenzen.
Bepaling van de gevoeligheid voor scheuren begint met de extractie van een kleine hoeveelheid elektrolyt uit de scheuren en de analyse ervan. Er worden spanningscorrosietests met een lage reksnelheid uitgevoerd om te bepalen hoe erg een bepaalde legering is beschadigd. Mechanisch rekken van twee monsters (een in een corrosieve omgeving en de andere in droge lucht) vindt plaats totdat ze falen, en dan wordt de plastische vervorming op de plaats van de breuk vergeleken - hoe meer het monster wordt uitgerekt tot het bezwijkt, hoe beter.
De weerstand tegen spanningscorrosie kan tijdens de verwerking worden verbeterd. Volgens Total Materia, dat zichzelf 'de grootste database van materialen ter wereld' noemt, heeft Alcan bijvoorbeeld de prestaties van de 7017 in versnelde spanningscorrosiescheurtests 40 keer verbeterd. De verkregen resultaten maken het ook mogelijk om methoden voor corrosiebescherming te ontwikkelen voor zones van gelaste constructies, waarin het moeilijk is om restspanningen te vermijden. Onderzoek gericht op het verbeteren van legeringen om de elektrochemische eigenschappen van lasverbindingen te optimaliseren is aan de gang. Het werk aan nieuwe warmtebehandelbare legeringen is gericht op het verbeteren van hun sterkte en corrosieweerstand, terwijl het werk aan niet-warmtebehandelbare legeringen gericht is op het wegnemen van de beperkingen die worden opgelegd door lasbaarheidseisen. De zwaarste materialen in ontwikkeling zullen 50% sterker zijn dan de beste aluminium bepantsering die momenteel wordt gebruikt.
Legeringen met een lage dichtheid zoals lithiumaluminium bieden ongeveer 10% gewichtsbesparing ten opzichte van eerdere legeringen met vergelijkbare kogelweerstand, hoewel de ballistische prestaties nog volledig moeten worden geëvalueerd volgens Total Materia.
Ook de lasmethoden, waaronder die van robots, verbeteren. Enkele van de taken die worden opgelost, zijn het minimaliseren van de warmtetoevoer, een stabielere lasboog door de verbetering van energie- en draadtoevoersystemen, evenals monitoring en controle van het proces door deskundige systemen.
MTL Advanced Materials werkte samen met ALCOA Defense, een gerenommeerde fabrikant van aluminium pantserplaten, om te ontwikkelen wat het bedrijf beschrijft als een "betrouwbaar en herhaalbaar koudvervormingsproces". Het bedrijf merkt op dat de aluminiumlegeringen die zijn ontwikkeld voor pantsertoepassingen niet zijn ontworpen voor koudvervormen, wat betekent dat het nieuwe proces veelvoorkomende faalwijzen, waaronder scheuren, moet helpen voorkomen. Het uiteindelijke doel is om machineontwerpers in staat te stellen de noodzaak voor lassen te minimaliseren en het aantal onderdelen te verminderen, aldus het bedrijf. Het verminderen van het lasvolume, benadrukt het bedrijf, verhoogt de structurele sterkte en de bescherming van de bemanning, terwijl de productiekosten worden verlaagd. Beginnend met de beproefde 5083-H131-legering, ontwikkelde het bedrijf een proces voor het koud vormen van onderdelen met een buighoek van 90 graden langs en over de korrels, en ging vervolgens over op complexere materialen, bijvoorbeeld legeringen 7017, 7020 en 7085, waarbij ook goede resultaten worden behaald.
Keramiek en composieten
Enkele jaren geleden kondigde Morgan Advanced Materials de ontwikkeling aan van verschillende SAMAS-pantsersystemen, die bestonden uit een combinatie van geavanceerde keramiek en structurele composieten. De productlijn omvat scharnierende bepantsering, anti-fragmentatievoeringen, overlevingscapsules gemaakt van structurele composieten voor het vervangen van metalen rompen en het beschermen van wapenmodules, zowel bewoond als onbewoond. Ze kunnen allemaal worden aangepast aan specifieke vereisten of op bestelling worden gemaakt.
Biedt STANAG 4569 Level 2-6 bescherming, samen met multi-impact prestaties en gewichtsbesparingen (het bedrijf beweert dat deze systemen de helft minder wegen dan vergelijkbare staalproducten), en past zich aan aan specifieke bedreigingen, platforms en missies. … Antisplinterbekledingen kunnen worden gemaakt van vlakke panelen met een gewicht van 12,3 kg voor een oppervlakte van 0,36 m2 (ongeveer 34 kg/m2) of solide hulpstukken met een gewicht van 12,8 kg voor 0,55 m2 (ongeveer 23,2 kg/m2).
Volgens Morgan Advanced Materials biedt extra bepantsering die is ontworpen voor nieuwe en modernisering van bestaande platforms dezelfde mogelijkheden met de helft van het gewicht. Het gepatenteerde systeem biedt maximale bescherming tegen een breed scala aan bedreigingen, waaronder wapens van klein en middelgroot kaliber, geïmproviseerde explosieven (IED's) en raketgranaten, evenals multi-impactprestaties.
Een "semi-structureel" pantsersysteem met een goede corrosieweerstand wordt aangeboden voor wapenmodules (naast lucht- en zeetoepassingen), en samen met het besparen van gewicht en het minimaliseren van problemen met het zwaartepunt, in tegenstelling tot staal, creëert het minder elektromagnetische compatibiliteitsproblemen.
De bescherming van wapenmodules is een bijzonder probleem, aangezien ze een aantrekkelijk doelwit zijn, aangezien het uitschakelen ervan de beheersing van de situatie door de bemanning en het vermogen van het voertuig om nabije bedreigingen het hoofd te bieden drastisch aantast. Ze hebben ook delicate opto-elektronica en kwetsbare elektromotoren. Omdat ze meestal aan de bovenkant van het voertuig worden geïnstalleerd, moet de bepantsering licht van gewicht zijn om het zwaartepunt zo laag mogelijk te houden.
Het systeem van bescherming van wapenmodules, dat gepantserd glas en bescherming van het bovenste deel kan omvatten, is volledig inklapbaar, twee mensen kunnen het in 90 seconden weer in elkaar zetten. Samengestelde overlevingscapsules zijn gemaakt van wat het bedrijf beschrijft als "unieke harde materialen en polymeerformuleringen", ze bieden bescherming tegen granaatscherven en kunnen in het veld worden gerepareerd.
Soldaat bescherming
Het door 3M Ceradyne ontwikkelde SPS (Soldier Protection System) omvat helmen en inzetstukken in kogelvrije vesten voor het Integrated Head Protection System (IHPS) en VTP (Vital Torso Protection) - ESAPI-componenten (Enhanced Small Arms Protective Insert) - verbeterd inzetstuk voor bescherming tegen handvuurwapens) van het SPS-systeem.
IHPS-eisen zijn onder meer een lager gewicht, passieve gehoorbescherming en verbeterde bescherming tegen botte stoten. Het systeem omvat ook accessoires zoals een onderdeel om de onderkaak van een soldaat te beschermen, een beschermend vizier, een houder voor een nachtkijker, geleiders voor bijvoorbeeld zaklamp en camera, en aanvullende modulaire kogelbescherming. Het contract, ter waarde van meer dan $ 7 miljoen, voorziet in de levering van ongeveer 5.300 helmen. In de tussentijd zullen meer dan 30.000 ESAPI-kits - lichtere inzetstukken voor kogelvrije vesten - worden geleverd onder het contract van $ 36 miljoen. De productie van beide kits begon in 2017.
Ook in het kader van het SPS-programma selecteerde KDH Defense de materialen SPECTRA SHIELD en GOLD SHIELD van Honeywell voor vijf subsystemen, waaronder het subsysteem Torso and Extremity Protection (TEP) dat voor het SPS-project moest worden geleverd. Het TEP-beveiligingssysteem is 26% lichter, wat uiteindelijk het gewicht van het SPS-systeem met 10% vermindert. KDH zal SPECTRA SHIELD, dat is gebaseerd op UHMWPE-vezel, en GOLD SHIELD, gebaseerd op aramidevezels, gebruiken in haar eigen producten voor dit systeem.
SPECTRA-vezel
Honeywell gebruikt een gepatenteerd spin- en trekproces van polymeervezels om UHMWPE-grondstof in SPECTRA-vezel in te bedden. Dit materiaal is 10 keer sterker dan staal qua gewicht, de specifieke sterkte is 40% hoger dan die van aramidevezel, het heeft een hoger smeltpunt dan standaard polyethyleen (150 ° C) en een grotere slijtvastheid in vergelijking met andere polymeren, voor bijvoorbeeld polyester.
Het sterke en stijve SPECTRA-materiaal vertoont een hoge vervorming bij breuk, dat wil zeggen dat het zeer sterk rekt voordat het breekt; door deze eigenschap kan een grote hoeveelheid slagenergie worden geabsorbeerd. Honeywell beweert dat SPECTRA-vezelcomposieten zeer goed presteren onder hoge snelheden, zoals geweerkogels en schokgolven. Volgens het bedrijf: "Onze geavanceerde vezel reageert op impact door snel kinetische energie uit de impactzone te verwijderen … het heeft ook een goede trillingsdemping, een goede weerstand tegen herhaalde vervormingen en uitstekende interne wrijvingseigenschappen van de vezels samen met een uitstekende weerstand tegen chemicaliën, water en UV-licht."
In zijn SHIELD-technologie spreidt Honeywell parallelle vezelstrengen en bindt ze aan elkaar door ze te impregneren met een geavanceerde hars om een unidirectioneel lint te creëren. Vervolgens worden de lagen van deze tape kruiselings onder de gewenste hoeken en bij een bepaalde temperatuur en druk gesoldeerd tot een composietstructuur. Voor zachte draagbare toepassingen is het gelamineerd tussen twee lagen dunne en flexibele transparante film. Omdat de vezels recht en parallel blijven, voeren ze de impactenergie efficiënter af dan wanneer ze in een geweven stof zouden zijn geweven.
Short Bark Industries gebruikt ook SPECTRA SHIELD in de BCS (Ballistic Combat Shirt) bodyguard voor het SPS TEP-systeem. Short Bark is gespecialiseerd in zachte bescherming, tactische kleding en accessoires.
Volgens Honeywell kozen soldaten voor beschermende elementen gemaakt van deze materialen nadat ze superieure prestaties vertoonden ten opzichte van hun tegenhangers van aramidevezel.
