تاريخ استخدام المواد الخزفية في التدريع .

تاريــــــخ استخـــــدام المـــــواد الخزفيــــــة فــــــي التدريــــــع

تجيء كلمة الخزف ceramic من الكلمة يونانية الأصل "Keramos" والتي تعني حرفياً "الأشياء المُحرَقة" أو "الفخاريات" pottery ، إلا أن تعريف أكثر كمالاً للخزف يصفه بمركب صلب لا عضوي inorganic ، مشكل بالتطبيق والتصليد الحراري والضغط ، ثم التبريد اللاحق . إن جميع المواد ذات الأصل أو الطبيعة الرملية الطينية clay (إما لوحدها أو مع خليط من المواد الأخرى) تندرج ضمن مفهوم المواد الخزفية . فالمادة الخام للإنتاج الخزفي منتزعه ومستخرجة من الأرض وبعد ذلك يتم معالجتها . هذه المادة المنتزعة عادة ما تكون طينية ولها قدرة كبيرة على امتصاص الماء ، وبذلك تصبح طيعة malleable ومشكلة بسهولة إلى طابوق ، بلاط ، كؤوس ، صحون وهكذا . ونتيجة لمقاومتها العالية للحرارة ودرجات التسخين المفرطة بالإضافة لخصائصها الكيميائية والفيزيائية وارتفاع درجة انصهارها ، فإن المواد الخزفية تستخدم في الطلاءات المقاومة للحرارة للكثير من التجهيزات المستخدمة يومياً في المنازل والمصانع . وتحمل المواد الخزفية الأكثر شيوعاً عادة تركيب بلوري crystalline رغم توافر أنماط أخرى بتركيب بلوري جزئي ، أو حتى لا بلوري (مثال على ذلك الزجاج) . 

أما تاريخ استخدام هذه المادة في تصنيع الدروع ، فيعود إلى العام 1918 ، عندما أكتشف الفيزيائي الرائد الأمريكي في قسم المدفعية "نيفيل هوبكنز" Neville  Hopkins بشكل تجريبي ، بأن صفيحة فولاذية مغطاة بطبقة رقيقة من المينا enamel (مسحوق من الزجاج أو الخزف يتم إذابتها لتطلى بها صفيحة معدنية) بسماكة 0.0625 ملم ، كانت مقاومة أكثر بكثير للاختراق . ومع ذلك لم يشهد هذا المنتج اهتماماً واسعاً سوى في أواخر الخمسينات ، عندما قدم السوفييت (بالتزامن مع اختبارات أمريكية في نفس المجال) نظام وقاية يفترض استخدام كتل الزجاج ، يتم إقحامها وإدراجها ضمن جيوب التدريع الفولاذي الرئيس الخاص بمشروع Obiekt 430 ، الذي يعني نموذج الدبابة T-64 . هذا الترتيب طور لاحقاً إلى نوع من التراكيب السوفييتية الأكثر شهرة ، أطلق عليه Combination-K ، تضمن امتلاك مركب خزفي ممزوج بأكسيد السيلكون silicon oxide مدرج ضمن ذات التجاويف في مقدمة برج الدبابة T-64 . لقد عرض هذا الترتيب في الاختبارات حماية أفضل لنحو 70% ضد تهديدات الشحنات المشكلة ، وبنسبة أقل تجاه خوارق الطاقة الحركية بالمقَارنة مع تدريع فولاذي بنفس الوزن . وفي فترات زمنية لاحقة ، جرى تطوير نماذج أكثر قدرة وقابلية ، أصبحت بالتالي جزء لا يتجزأ من جميع تصاميم منظومة الحماية لدبابات المعركة الرئيسة السوفيتية (بعد طول زمن من التخمين في الغرب بالنسبة لطبيعتها الحقيقية ، خصائص هذا النوع من التدريع والحماية كشف عنها بعد تفكك الإتحاد السوفيتي وحرب الخليج 1991) .

الأمريكان بدورهم اختبروا قبل نهاية الحرب العالمية الثانية وتحديداً في أغسطس العام 1943استخدام مواد غير معدنية ذات كثافة منخفضة لزيادة حماية الدبابات ضد أسلحة الشحنة المشكلة ، ربما كان أبرزها حصى الكوارتز quartz gravel الممزوج بمادة الزفت أو القار asphalt المتصف بلزوجته الشديدة (يشكل التركيب مادة صلبة عالية الكثافة عند درجة الحرارة المتوسطة ، وعند تعرضه لدرجات الحرارة المرتفعة جداً يشكل مادة سميكة سائلة) ، مع مقدار من نشارة الخشب ليعرف الخليط باسم HCR2 . هذا الدرع طور وحسن خلال سلسلة من الاختبارات ، حيث كان الهدف الرئيس من تطويره كان حماية السفن من الطوربيدات البحرية المجهزة برؤوس حربية ذات شحنات المشكلة . في النهاية جمعت شركة Flintkote المنتجة هذا الخليط في ألواح بسماكة 250 ملم وجربت أولاً على الدبابة الأمريكية المتوسطة M4 في العام 1945 .

خلال حقبة الخمسينات ، شكلين آخرين من الدروع التي تدمج مواد غير معدنية طورت في الولايات المتحدة . أحدها مسحوق السيليكا silica الذي دمج وأقحم في تجويف خاص في قلب الدرع المصبوب وبسماكة 64 ملم . فالسيليكا (من التسمية اللاتينية silex) ، أو ثنائي أكسيد السيلكون SiO2 كما يطلق عليه أيضاً ، متوافر عموماً في الطبيعة كرمل sand أو كوارتز quartz وهو معروف بقسوته منذ العصور القديمة . هو يستخدم أساساً في إنتاج زجاج النوافذ ، أقداح الشراب ، وغيرها من الأدوات الفخارية ، كما أغلبية الألياف الضوئية optical fibers للاتصالات تصنع أيضاً من السيليكا ، ويعتبر من أكثر المعادن وفرة في القشرة الأرضية . هذا النمط من أنماط الحماية كان مستخدم في النسخ المحسنة من الدبابة M48 ، كما جرى دمجه أيضاً في عدة تصاميم لدبابات أمريكية أخرى في منتصف الخمسينات ، بما في ذلك اختباره على هيكل وبرج الدبابة الأمريكية XM60 ، لكن فكرة استخدامه تركت جزئياً وأهملت بسبب صعوبات فنية وأخرى تتعلق بكلفة إنتاجه . النوع الآخر من الدروع طور في الولايات المتحدة أواخر الخمسينات ، وشمل كتل زجاجية glass blocks مدرجة ومقحمة أيضاً ضمن التدريع الرئيس لبرج الدبابة . وعلى الرغم من أن هذا الترتيب عرض حماية أفضل تجاه الشحنات المشكلة ، إلا أن قدرته على الوقاية من ضربات متعددة كانت سيئة وضعيفة . كما اختبر تصميم على هيئة دروع تطريز appliqué armour على الدبابة M48 ، وأظهر أنه يزود نفس درجة الحماية التي توفرها دروع السيليكا ، لكنه أيضاً لم يتبنى .

بدأ البرنامج الأمريكي لتطوير الدروع المحشوة بمادة السيلكيا في العام 1952 ، حيث هدف هذا البرنامج بالدرجة الأولى لتزويد العربات القتالية بنوع من أنواع الدفاع تجاه الشحنات المشكلة وكذلك مقذوفات HEP (اختصار شديدة الانفجار البلاستيكية ، وهي النمط الأمريكي للقذائف شديدة الانفجار ذات الرأس المهروس HESH) ، بدون إثقال كاهل الدبابة بالوزن المفرط ، أو تخفيض كفاءتها ضد المقذوفات الخارقة للدروع التقليدية . فقابلية أكثر المواد على هزيمة ودحر الشحنات المشكلة يتبع ما يسمى بقانون الكثافة density law (الكثافة هي صفة فيزيائية للأجسام تعبر عن علاقة وحدة الحجم بوحدة الكتلة لمادة أو جسم ما ، فكلما ازدادت الكثافة ازدادت الكتلة لوحدة الأحجام ، أي أن الكثافة هي كمية المادة في الجسم . ويعبر عنها بالعلاقة التالية : الكثافة = كتلة/كلغم ÷ حجم/م3 ،أو D=m/v) . فقانون الكثافة هذا هو الذي يقرر بأن اختراق نفاث الشحنات المشكلة نسبي إلى الجذر التربيعي لكثافة مبطن الشحنة المشكلة ، مقسماً من قبل الجذر التربيعي لكثافة الهدف . ولذلك ، وعلى قاعدة الوزن weight basis ، فإن أهداف أخف أكثر فائدة من الأهداف الأثقل .. على أية حال ، استخدام الأحجام الكبيرة للمواد منخفضة الكثافة ، أمر غير مرغوب فيه لأسباب واضحة تخص التصميم ، لذلك المادة المطلوب هنا ، هي تلك المستثناة من قانون الكثافة هذا . وهكذا برز استخدام الزجاج ، ففي ظل شروط وظروف مناسبة ، يمكن لقوة إيقاف الزجاج أن تتجاوز وتتخطى تلك التي يمتلكها الدرع الفولاذي وفق قاعدة السماكة thickness basis ، حيث يمكن في العديد من الحالات للزجاج أن يكون أكثر بنحو مرتين في الأفضلية من الفولاذ وفق هذه القاعدة .

هكذا برزت الدروع المحشوة بمادة السيلكيا كمحاولة لاستخدام والاستفادة من هذه الظاهرة بطريقة عملية ، واعتبرت قوة الإيقاف الهائلة للزجاج ملائمة في هذه النقطة ، خصوصاً كون المادة الزجاجية ، لا تتدفق لدائنياً flow plastically تحت الأحمال والأثقال المعتادة . ففي الفيزياء وعلم المواد فإن خاصية اللدونة توجد في كثير من المواد عند تعرضها إلى ضغوط خارجية تتسبب بتشوهات حيث لا تعود المادة لحالتها الطبيعية عند زوال المؤثر الخارجي . وفي الحقيقة فأن حدوث سلوك التدفق للزجاج نظرياً لا يحدث مع أية قيم إجهاد مطبقة ، على الرغم من أن معامل المرونة elasticity منخفض نسبياً بالمقارنة مع الفولاذ حيث يبلغ تقريباً 10,000,000 رطل لكل بوصة مربعة (خاصية المرونة على العكس من مفهوم اللدونة ، فهي خاصية تمتلكها بعض الأجسام في العودة إلى هيئتها وشكلها الأصلي بعد توقف تأثير القوة المسببة للتغيير) ، إلا أن هذا المستوى من المرونة يعتبر مرتفع جداً ، فعندما ترتطم الشحنة المشكلة بكتلة الزجاج ، فإن حد المرونة المرتفع للزجاج يجتذب دوراً رئيساً في إيقاف نفاث هذه الشحنة . في حالة اختراق النفاث لهدف معدني مثل الفولاذ ، فإن عناصر طاقة النفاثة ستتسبب في تدفق مادة الفولاذ لدائنياً وجريانها كمادة شديدة اللزوجة ، مما يسمح بتزايد وتصاعد تدريجي لكتلة النفاث وانتقالها بنمط غير مشوش أو متقطع . أما عند اختراق الزجاج ، فإن الزجاج بدلاً من أن يتدفق لدائنياً ، فإنه يعود إلى وضعه الطبيعي بعد مرور موجة ضغوط الاهتزاز shock waves . وفي الواقع ، فإنه يعترض أجزاء النفاث القادمة بشكل شعاعي ، مما يتسبب في عرقلة تناظر وتناسق سيل النفاث .