نأخذك لفهم لماذا أصبح السيراميك مادة جديدة مضادة للرصاص
في نظر الناس، السيراميك هش. بسقوطة خفيفة، يمكن لخزف عتيق لا يُقدر بثمن أن يتحطم إلى قطع صغيرة. ولكن هل تعلم أن السيراميك قد تغيّر بفضل التكنولوجيا الحديثة، وبفضل خصائصه الفيزيائية، يُمكن استخدامه كمواد مضادة للرصاص، مما أكسبه شهرة واسعة في مجال مقاومة الرصاص؟
تخيل هذا: في ساحة المعركة، يمكن لرصاصة صغيرة أن تُلحق ضررًا قاتلًا بجندي، بينما يستطيع السيراميك الهشّ إيقاف رصاصة طائرة عالية السرعة. من أين تأتي قوتها؟ لندخل عالم السيراميك المضاد للرصاص لنكتشف ذلك.
☛ صلابة عالية، مزيج مركب
السيراميك المقاوم للرصاص هو أحد أنواع المواد غير العضوية غير المعدنية. وهو، بالمعنى الدقيق للكلمة، ليس من نفس نوع الخزف المستخدم في حياتنا اليومية. وبصفته نوعًا من السيراميك الخاص، وخلافًا للأواني الخزفية التي تُصنع بتشكيل الطين المحلي إلى قطع صغيرة ثم حرقها، يتطلب السيراميك المقاوم للرصاص سلسلة من العمليات المعقدة لتحضيره، بما في ذلك تحضير المسحوق، والقولبة، والتلبيد في درجات حرارة عالية، وغيرها. وهو نتاج التطور السريع للتقنيات الحديثة مثل الكيمياء، وعلم المعادن، وعلوم المواد.
يكمن سر قدرة السيراميك المضاد للرصاص على إيقاف الرصاص في صلابته ومتانته العاليتين. فعندما تصطدم رصاصة بسيراميك عالي القوة والصلابة، تتحطم وتتسبب في كسره. تستهلك هذه العملية معظم طاقة الرصاصة، وتشكل مخروط ضرر على شكل هرم مقلوب عند نقطة الاصطدام. وهذا هو أيضًا الشكل النموذجي للضرر الذي يلحق بالسيراميك بعد إصابته برصاصة.
لتعزيز قدرة السيراميك على تحمّل الصدمات المتعددة، غالبًا ما تُطلى ألواح السيراميك بألياف عالية المتانة لمنع انتشار الشقوق الناتجة عن ضربات الرصاص. يُشكّل مزيج السيراميك عالي المتانة والصلب مع دعامة صلبة البنية الأساسية للدروع المركبة الخزفية الحديثة.
☛ معمدًا بالحرب، درعًا للحياة
في ستينيات القرن الماضي، تعرضت المروحيات العسكرية الأمريكية وأفراد طاقمها في أدغال فيتنام لهجمات متكررة بالأسلحة الخفيفة الأرضية، مما أدى إلى إصابتهم. ولتقليل أضرار المعارك التي تلحق بالمعدات والإصابات بين أفراد الطاقم، طورت شركة أمريكية لصناعات الطيران والفضاء عام ١٩٦٢ أول درع مركب بواجهة سيراميكية صلبة. ألصقت كتل سيراميك الألومينا بلوحة خلفية من الألومنيوم المتين بسمك حوالي ٦ ملم لمقاومة نيران الرصاص الخارق للدروع بقطر ٧.٦٢ ملم. خلال هذه الفترة، كان الجيش الأمريكي رائدًا في استخدام السيراميك المضاد للرصاص في الأغراض العسكرية على نطاق واسع.
لتعزيز القدرات الوقائية، ابتكر العلماء فكرة تحويل صفائح السيراميك المضادة للرصاص إلى صفائح داخلية تُستخدم مع الدروع الواقية الناعمة، على غرار مرايا حماية القلب على الدروع القديمة. بهذه الطريقة، يُمكن تحسين حماية المناطق الأساسية من جسم الإنسان بشكل كبير مع مراعاة حركة مرتديها. في البداية، كانت تُربط قطع سيراميك صغيرة معًا لتشكيل صفائح الإدخال. مع تقدم التكنولوجيا، تبنى الناس بشكل متزايد قطعًا كاملة من السيراميك للقضاء على نقاط الضعف الناتجة عن الفجوات بين القطع الخزفية الصغيرة. حتى أن بعضها يُصنع على شكل أسطح منحنية لتناسب جسم الإنسان. هذا هو أيضًا النمط الأساسي لصفائح الإدخال المضادة للرصاص الحالية. في الوقت الحاضر، أصبحت تقنية تحضير السيراميك المضاد للرصاص أكثر نضجًا، لتصبح درعًا للحياة لحماية الجنود.
☛ تعمل التكنولوجيا على تمكين الناس، ويتم إجراء المزيد من الترقيات
بعد عقود من التطوير، تُستخدم حاليًا أنواع عديدة من السيراميك المضاد للرصاص على نطاق واسع، بما في ذلك أكسيد الألومنيوم، وكربيد السيليكون، وكربيد البورون، ونيتريد السيليكون، وبوريد التيتانيوم، وغيرها. ومن بين هذه الأنواع، يُعد سيراميك أكسيد الألومنيوم، وكربيد السيليكون، وكربيد البورون الأكثر شيوعًا. مع تطور أنظمة الأسلحة، لم يعد السيراميك التقليدي أحادي الطور قادرًا على تلبية الاحتياجات العسكرية الفعلية، لا سيما مع تزايد متطلبات المعدات المضادة للرصاص. لذلك، بدأ السيراميك المضاد للرصاص يتطور في اتجاهات التنويع والتركيب والوظائف.
سيراميك مُصنّف وظيفيًا. من خلال تصميم المكونات الدقيقة، يخضع أداء السيراميك لتغييرات منتظمة ومستمرة. على سبيل المثال، في أنظمة المركبات المعدنية/السيراميكية، مثل بوريد التيتانيوم مع التيتانيوم المعدني، وأكسيد الألومنيوم، وكربيد السيليكون، وكربيد البورون، ونتريد السيليكون مع الألومنيوم المعدني، يحدث تغيير هيكلي في اتجاه السُمك، مما يضمن انتقال السيراميك المضاد للرصاص من صلابة عالية على السطح المواجه للرصاصة إلى متانة عالية على السطح الخلفي. وبهذه الطريقة، لا يقتصر دوره على تلبية متطلبات مقاومة الرصاص للدروع فحسب، بل يعزز أيضًا قدرته على مقاومة الصدمات المتعددة، مما يمنحه ميزة كبيرة في الحماية من المقذوفات الخارقة للدروع من العيارين الصغير والمتوسط.
سيراميك مُركّب ذو بنية نانوية. على أساس سيراميك أحادي الطور، تُضاف جسيمات مُشتتة دون الميكرون أو النانو لتكوين سيراميك مُركّب. على سبيل المثال، يُمكن تحسين صلابة ومتانة وقوة السيراميك من خلال خلط كربيد السيليكون مع نيتريد السيليكون والألومينا، وكربيد البورون مع كربيد السيليكون، ضمن نطاق مُحدد. وتشير التقارير إلى أن الدول الأجنبية تستكشف عمليات التلبيد التي تربط مساحيق النانو معًا، مما يُقلل حجم حبيبات السيراميك إلى عشرات النانومترات، مما يُحسّن صلابة المادة ومتانتها. ويُمثل هذا اتجاهًا رئيسيًا لتطوير دروع السيراميك المُتطورة في المستقبل.
السيراميك الشفاف. يتكون السيراميك الشفاف من أكسيد الألومنيوم أحادي البلورة (الياقوت)، وأكسينيتريد الألومنيوم، وإسبينيل ألومينات المغنيسيوم، ويتميز بقوة وصلابة عاليتين، بالإضافة إلى خصائص بصرية ممتازة. لذا، يُمكن استخدامه كبديل للزجاج المضاد للرصاص، ويُستخدم في المعدات العسكرية، مثل أقنعة الوجه الفردية المضادة للرصاص، ونوافذ كشف الصواريخ، ونوافذ مراقبة المركبات، ومناظير الغواصات. ولأنه يُمكن استخدامه في تصنيع مكونات شفافة كبيرة الحجم ومعقدة الأشكال بتكلفة منخفضة، فقد أدرجته العديد من القوى العسكرية كأحد أهم المواد الشفافة الضوئية الوظيفية التي سيتم تطويرها في القرن الحادي والعشرين.
يُستخدم الخزف حاليًا على نطاق واسع للغاية في المجالين العسكري والمدني. ومن المتوقع أن تستمر قصة الرماح والدروع القديمة في تصوير مواجهات شرسة بين خصوم أقوياء في ساحات المعارك المستقبلية.